CN110202224A - 一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电解加工制造技术领域，具体涉及一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极。为解决目前现有技术难以加工具有较大加工深度要求的内壁结构、加工精度差和加工效率低的问题。本发明的技术方案包括阴极安装架，所述的阴极安装架设置于基座的上部并通过双头螺杆与基座连接，凸轮轴设置于基座的中心，凸轮轴上设置有3个凸轮，圆锥滚子轴承设置于凸轮轴与基座之间并分别设置于凸轮轴两侧轴颈处，所述的步进电机的输出轴与凸轮轴通过键连接，实现凸轮轴在基座内的水平转动，所述的基座为环状，环状基座内均匀开设有与弧形工作面一一对应的横向阶梯通孔，通孔内分别设置有阶梯状的推杆，每个弧形工作面均布设置于基座的圆周上并与推杆固连。
Description
技术领域
本发明涉及电解加工制造技术领域，具体涉及一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极。
背景技术
在航空、航天、兵器、石油等领域，较多的难加工金属材料关键部件上都存在复杂内壁结构。例如，输油管中就常设计有多组不同深度不同直径的环槽结构，其对于管道接口端面密封具有重要意义，其在满足机械性能的前提下，可有效提升密封可靠性。由于材料切削困难，镗削等加工方式加工效率低，刀具磨损严重且可达性差，换刀影响同心度，存在宏观切削应力，加工表面存在刀痕等问题。特别是当加工深度较大或离出入口距离较远时，甚至无法加工，难加工材料复杂内壁结构的加工成形比较困难，现有技术常考虑采用以下几种加工技术：
1、电火花加工技术是难加工材料复杂内壁结构加工时常用的一种方法，但加工效率较低，工具电极有损耗，加工表面存在变质层和微裂纹等，不能用于无变质层、无微裂纹和无热应力等加工要求的场合。
2、电解加工技术是一种基于阳极溶解原理以离子态形式对金属材料进行溶解去除的特种加工技术，它是一种非接触式加工，不受被加工材料的强度、硬度、韧性的限制，在加工复杂内壁深环槽的过程中没有宏观“切削力”和“切削热”的作用，加工后的表面不会产生应力和毛刺，是加工难切削材料复杂内壁结构的理想技术；目前电解加工技术已比较广泛应用于难加工材料复杂内壁结构的加工，但利用传统固定式拷贝电解加工复杂内壁深环槽时，所加工槽的深度一般较小，在复制精度要求较高时，加工槽深甚至需小于1mm。因此已有的电解加工技术难以加工同时具有较高精度和较大加工深度要求的复杂内壁结构。
发明内容
有鉴于此，本发明为解决目前现有技术难以加工具有较大加工深度要求的内壁结构、加工精度差和加工效率低的问题，提供一种用于难加工金属材料的电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，其特征在于：包括阴极安装架、步进电机、凸轮轴、圆锥滚子轴承、推杆、基座和若干个弧形工作面；
所述的阴极安装架设置于基座的上部并通过双头螺杆与基座连接，凸轮轴设置于基座的中心，凸轮轴上设置有3个凸轮，圆锥滚子轴承设置于凸轮轴与基座之间并分别设置于凸轮轴两侧轴颈处，所述的步进电机的输出轴与凸轮轴通过键连接，实现凸轮轴在基座内的水平转动，所述的基座为环状，环状基座内均匀开设有与弧形工作面一一对应的横向阶梯通孔，通孔内分别设置有阶梯状的推杆，每个弧形工作面均布设置于基座的圆周上并与推杆固连。
所述的两个圆锥滚子轴承安装于凸轮轴上，外侧分别通过轴承端盖固定密封。
步进电机设置于中空的阴极安装架的内部固连于轴承端盖上方。
所述的阴极安装架的顶部设置有与电解加工机床主轴相连接的外螺纹。
所述的推杆与弧形工作面通过螺纹连接。
所述的基座、步进电机、凸轮轴上的凸轮上均包设有绝缘材料。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明使用单一阴极在线加工的方式，避免了使用多组阴极加工时需要更换阴极所带来的定位误差，实现复杂内壁结构的高效高精电解加工，因此本结构适用于一定范围内不同深度的复杂内壁结构的电解加工，可使加工面侧向扩展；
2、本发明可根据被加工材料去除率，设置相应电参数，控制步进电机以一定水平旋转速度与转动角度带动凸轮轴旋转，控制弧形工作面的侧向进给位移量，实现在同一垂直圆孔内具有不同直径要求的内壁结构高效高精电解加工过程；
3、本发明可以实现弧形工作面的直径随着复杂内壁材料去除速度而同步可控胀开，使电解过程中的加工间隙保持稳定，实现难加工金属材料复杂内壁结构的高精加工；
4、本发明根据实际加工需求，可通过增加扇形阴极在圆周位置的面占比来进一步提高电解加工的效率。
附图说明
图1为本发明旋转可变径电解加工阴极加工示意图；
图2为旋转可变径电解加工阴极纵向剖视图；
图3为旋转可变径电解加工阴极基座纵向剖视图；
图4为阴极直径变化示意图；
图5为阴极直径变化局部放大图；
标记说明： 1-阴极安装架、2-步进电机、3-凸轮轴、4-圆锥滚子轴承、5-轴承端盖、6-推杆、7-基座、8-弧形工作面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，包括阴极安装架1、步进电机2、凸轮轴3、圆锥滚子轴承4、推杆6、基座7和3个弧形工作面8；
上述阴极安装架1的顶部设置有与电解加工机床主轴相连接的外螺纹，通过主轴旋转带动阴极整体转动；
阴极安装架1设置于基座7的上部并通过双头螺杆与基座7连接，凸轮轴3设置于基座7的中心，凸轮轴3上设置有3个凸轮，圆锥滚子轴承4设置于凸轮轴3与基座7之间并分别设置于凸轮轴3两侧轴颈处，所述的两个圆锥滚子轴承4安装于凸轮轴上，外侧分别通过轴承端盖5固定密封，步进电机2设置于中空的阴极安装架1内部，固连于轴承端盖5上方。
上述步进电机2的输出轴与凸轮轴3通过键连接，实现凸轮轴3在基座7内的水平转动，所述的基座7为环状，环状基座7内均匀开设有与3个弧形工作面8一一对应的横向阶梯通孔（孔为方孔），通孔内分别设置有阶梯状的推杆6，用以限制除轴向两个自由度之外其与四个自由度，提高位移精度，孔槽中装有弹性元件，其在未受凸轮轴推力作用和加工完毕后，确保推杆及弧形工作面处于未胀开工位处。弹性元件工作极限位置由阶梯状推杆内侧第一阶梯极限工位与凸轮极限工位限制，保证加工过程安全稳定。
每个弧形工作面8均布设置于基座7的圆周上并通过螺钉与推杆6固连。
基座7的圆周上均布设置有与孔槽相对的3个凸出的弧形工作面8，推杆6的另一端通过螺钉与弧形工作面8连接，螺钉内凹于弧形工作面中，在通过控制固定在阴极安装架1上的步进电机2以一定旋转速度和角度带动凸轮轴顺时针水平转动，通过凸轮轴上的凸轮驱使基座7中的阶梯状推杆6沿径向方向外扩，推动弧形工作面8可控胀开，获得所需加工直径，电解加工阴极除弧形工作面8部位外，其于外露部位与步进电机外壳和转动凸轮均进行绝缘处理，绝缘材料为环氧树脂。
上述步进电机2采用GM15BY-VSM1527-100-10D型号电机。
上述弧形工作面8材料为导电良好的金属材料，如黄铜等，提高加工的稳定性。
本发明工具阴极整体通过阴极安装架1与电解加工机床主轴通过螺纹连接固定，工具电极和工件分别与电源正极、负极相连接。开启电解液循环系统，通过主轴进给将工具阴极位移至加工部位。通过给定相应电信号，控制阴极安装架1内的步进电机2以与材料去除率相匹配的速度驱动凸轮轴3以相应速度水平旋转一定角度，进而驱使基座7中的阶梯状推杆6沿径向方向移动，使得弧形工作面8可控胀开，获得所需的不同加工直径，实现具有不同直径要求的复杂内壁结构电解加工。
在本实施例中（参见图1），目的是在已预制的基孔内分别加工出直径不同的两个复杂内壁结构。
本发明的工作过程如下：
在进行复杂内壁结构加工时，将稳压电源正极与制有基孔的工件连接，将电源负极与本发明相连。通过外螺纹将阴极安装架1与电解机床主轴相连接。移动主轴Z轴，将工件与本发明基座浸入装满电解液的电解槽内，打开电解液循环系统准备开始加工。
开启加工系统后，调整到适宜的加工电压与加工电流，然后开启主轴旋转功能，电解加工机床主轴带动本发明顺时针旋转，并缓慢向下进给。此时本发明的弧形工作面8未张开，仅对复杂内壁进行电解光整加工，调高其表面精度。
当向下进给至要求扩孔位置时，给定相应脉冲信号，控制步进电机2以与被材料相匹配的旋转速度，带动凸轮轴3推动阶梯型推杆6在一定时间内使得弧形工作面8可控的的逐步胀开。在本发明变化的同时，复杂内壁多余材料逐渐以离子形式被去除。达到稳定加工间隙后，步进电机反向旋转，回复至初始状态。发明阴极继续旋转向下进给至另一加工工位。重复以上过程，使得弧形工作面8的逐步胀开至另一加工直径并完成相应电解加工工序。最终实现具有不同直径内壁结构的电解加工结果。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，其特征在于：包括阴极安装架（1）、步进电机（2）、凸轮轴（3）、圆锥滚子轴承（4）、推杆（6）、基座（7）和若干个弧形工作面（8）；
所述的阴极安装架（1）设置于基座（7）的上部并通过双头螺杆与基座（7）连接，凸轮轴（3）设置于基座（7）的中心，凸轮轴（3）上设置有3个凸轮，圆锥滚子轴承（4）设置于凸轮轴（3）与基座（7）之间并分别设置于凸轮轴（3）两侧轴颈处，所述的步进电机（2）的输出轴与凸轮轴（3）通过键连接，实现凸轮轴（3）在基座（7）内的水平转动，所述的基座（7）为环状，环状基座（7）内均匀开设有与弧形工作面（8）一一对应的横向阶梯通孔，通孔内分别设置有阶梯状的推杆（6），每个弧形工作面（8）均布设置于基座（7）的圆周上并与推杆（6）固连。
2.根据权利要求1所述的一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，其特征在于： 所述的两个圆锥滚子轴承（4）安装于凸轮轴（3）上，外侧分别通过轴承端盖（5）固定密封。
3.根据权利要求1或2所述的一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，其特征在于：步进电机（2）设置于中空的阴极安装架（1）的内部固连于轴承端盖（5）上方。
4.根据权利要求3所述的一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，其特征在于：所述的阴极安装架（1）的顶部设置有与电解加工机床主轴相连接的外螺纹。
5.根据权利要求4所述的一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，其特征在于：所述的推杆（6）与弧形工作面（8）通过螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的一种电解加工用凸轮胀开式旋转工具阴极，其特征在于：所述的基座（7）、步进电机（2）、凸轮轴（3）上的凸轮上均包设有绝缘材料。
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