CN110919114A - 大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异形内螺旋线零件的电解加工机床结构。其采用固定导引与移动导引结合的方式对拉杆进行导引，在拉杆与导引装置接触处，采用球状结构，以点接触代替面接触，对拉杆进行支撑导引，设置螺杆和自锁螺母组合的结构，同时利用设置在基板上的槽，实现对拉杆相对位置的快速准确调节；导电支座的上支座与下支座采用旋转轴连接，改善支撑的结构，在导电支座上设置若干冷却通道，设计与之匹配的冷却管，将冷却管插入冷却孔对导电支座和工件进行冷却；设置整体式回液套筒，套筒端面设置绝缘密封圈。封液套筒内腔的下半部分为进口处小，底部大的喇叭状曲面；在导电轴箱顶部镶嵌设置制冷装置。

Description

大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置

技术领域

本发明涉及电解加工设备制造领域，具体涉及大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置。

背景技术

电解加工是利用金属电化学阳极溶解的原理来实现复杂零件一次成型的高效精密加工技术。适合于兵器、石油钻采等领域新型难加工材料(钛合金、高温合金、特种不锈钢、硬质合金等)、形状复杂（炮管膛线、石油螺杆钻具定子、螺杆泵定子、异形花键等）、大长径比的复杂螺旋类结构零件的大批量生产。

在加工及大长径比的复杂螺旋类零件时，数控电解加工机床性能的优劣直接影响电解加工工艺的推广和应用；要求电解加工机床在长时间（40h）、大电流（15000A）条件下能确保：加工深长孔零件（≥10m）时，拉杆在伸出较长长度后，保证高精度加工的同时，仍能长时间连续稳定回转工作；工件无明显发热、便于装卸；电解液完全密封、无泄漏；导电轴温度不能过高。

硕士研究生毕业论文《卧式电解加工机床工装的设计》提出一种与轴相连接的滑轮对拉杆起导向支撑，通过齿轮箱来确定导向装置的正确位置；该装置能实现支撑回转的要求，但是调节相对位置不便，且在加工深长孔零件时，由于拉杆伸出部分长度过长，由于自重而产生下垂，无法保证与拉杆连接的阴极的准确加工位置。此外该装置在长时间连续加工时，阻力过大，散热不佳，有发热严重的问题，无法满足长时间加工要求；在硕士研究生毕业论文《深孔内螺旋线电解系统加工设计及关键技术探讨》中提出一种导电支撑结构，该结构能够满足对工件的支撑与导电，但是在长时间、大电流的工作条件下，存在散热不佳，发热严重，影响加工的问题。此外，该装置结构较笨重，工件装卸不便；实用新型专利ZL201611044288.8（一种大导程多滚道滚珠螺母圆弧螺旋槽的电解加工机床）提出一种利用收集管将电解液收集至设置于机床下方电解液收集室的方法，该方式虽然能完成电解液的收集，但没有实现电解液的密闭收集，对床身有较大的腐蚀破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置，解决现有技术中存在的上述难题。

为解决上述技术难题，本发明所采用的技术方案是：电解液回液组件和工件固定组件一起设置于床身上的导轨上部，所述电解液回液组件中包括封液套筒，其特征在于：所述拉杆的下部设置有固定于床身上的拉杆支撑组件，所述拉杆支撑组件包括移动式拉杆支撑装置和固定式拉杆支撑装置，移动式拉杆支撑装置和固定式拉杆支撑装置均包括钢球一、钢球二、螺杆自锁螺母组件、底板和支座；所述底板上部固定设置有一对支座，支座顶部设置弧面形坑槽，坑槽下部设置有数个可自由转动的钢球二，在钢球二上安放有可自由转动的钢球一，移动式拉杆支撑装置底板下部设置有一对小轮。

进一步，所述工件固定组件包括一对，每一个均由下支座，下垫块，上垫块，螺杆，上支座，转动轴，法兰，密封绝缘垫，螺栓，冷却管，冷却软管，冷却孔（和支座绝缘板组成，所述半圆弧状的上支座铰接于具有半圆形通槽的下支座上；下支座半圆形通槽的底部设置有下垫块，与之对应的上支座的半圆弧的下部设置有上垫块，在下支座的两侧穿设有冷却管。

进一步，封液套筒上部的横截面为圆筒形，下部的截面为进口小，出口大的喇叭状曲面，在进口处的端面设置绝缘密封圈，内腔的出口端底部设置有回液孔。

进一步，导电轴组件包括导电轴箱，在导电轴箱内顶部镶嵌设置制冷装置。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

（1）采用固定导引与移动导引结合的方式，移动导引可随着拉杆运动而随时调节位置，保证拉杆在加工深长孔工件时，伸出较长长度后，仍能够受到持续稳定的导引，避免在拉杆长度较长时，自重下垂导致的变形，改变阴极相对位置，影响到加工。同时，设计的球面接触的导引结构，以点接触代替线、面接触，可以减少拉杆在工作过程中受到的摩擦力，降低发热的同时，能降低传动装置的负载；利用螺杆加自锁螺母的结构，可以实现对拉杆相对位置快速调节和确保相对位置不变；

（2）设计的导电支座，利用旋转轴连接上、下支座可以提高工件的装卸效率。同时，垫块支撑结构的设计减少支撑与工件的接触面积，可以使支座、工件散热更好。利用冷却孔内安装冷却管的方法，可以进一步避免工件、支座在长时间工作过程中过热，影响持续加工；

（3）设计的封液套筒，在套筒与工件接触的面设置密封圈，依靠两者紧压完成密封。这种设计在满足加工工件的封液的同时，能够提高装卸效率。封液套筒内腔的喇叭状曲面设计，能实现电解液的顺畅回液与完全密封，同时保证封液套筒内无电解液残留。

（4）在导电轴箱内顶部镶嵌设置制冷装置，可以帮助导电轴散热。避免导电轴过热影响加工。

附图说明

图1为本发明整体布局正视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的D向视图；

图4为图1的B-B剖视图；

图5为图4的E向视图；

图6为图1的C-C剖视图；

图7为图6的F向视图；

图8为图7中“Ⅰ”部放大图；

图9为图8的G-G剖视图；

图10图1的H向视图；

图11为图10的K向视图。

其中，电解液进液管（1）、精密回转工作台（2）、导电轴箱（3）、制冷装置（4）、导电轴装置（5）、拉杆（6）、工件（7）、封液套筒（8）、绝缘密封圈（8-1），回液孔（8-2）、阴极（9）、电解液回液管（10）、导轨（11）、床身（12）、导电支座（13）、下支座（13-1），下垫块（13-2），上垫块（13-3），螺杆（13-4），上支座（13-5），转动轴（13-6），法兰（13-7），密封绝缘垫（13-8），螺栓（13-9），冷却管（13-10），冷却软管（13-11），冷却孔（13-12），支座绝缘板（13-13），阳极铜排（14），阴极铜排（17），移动式拉杆支撑装置（15）、固定式拉杆支撑装置（16）钢球一（18），钢球二（19），螺杆自锁螺母组件（20），底板（21），支座（22）和小轮（23）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行更详细的描述说明。

本发明采用固定导引与移动导引结合的方式对拉杆进行导引。在拉杆与导引装置接触处，采用球状结构，以点接触代替面接触，对拉杆进行支撑导引。设置螺杆和自锁螺母组合的结构，同时利用设置在基板上的槽，实现对拉杆相对位置的快速准确调节；导电支座的上支座与下支座采用旋转轴连接。改善支撑的结构。在导电支座上设置若干冷却通道，设计与之匹配的冷却管，将冷却管插入冷却孔对导电支座和工件进行冷却；设置整体式回液套筒，套筒端面设置绝缘密封圈。封液套筒内腔的下半部分为进口处小，底部大的喇叭状曲面；在导电轴箱顶部镶嵌设置制冷装置。

参见图1，大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置，主要包括电解液进液管1、精密回转工作台2、导电轴组件、拉杆6、工件固定组件13和电解液回流组件，所述电解液回流组件和工件固定组件13一起设置于床身12上的导轨11上部，所述电解液回流组件中包括封液套筒8，导电轴组件包括导电轴箱3上部设置的制冷装置4和中部的导电轴装置5组成。电解液回流组件包括封液套筒8、阴极9、电解液回液管10。所述阴极铜排17设置于导电轴箱3下部，阳极铜排14设置于工件固定组件13上。所述电解液进液管1与精密回转工作台2通过法兰相连接，精密回转工作台2与导电轴装置5通过法兰相连接，导电轴箱3安装于床身12上，制冷装置4镶嵌于导电轴箱3顶部，导电轴装置5与拉杆6通过螺纹连接，拉杆6与阴极9通过螺纹相连接。拉杆6带动阴极9实现对工件7的加工，工件7通过工件固定组件13进行固定，由封液套筒8对工件7进行一端电解液的密封，工件7的另一端密封依靠在阴极9与工件7之间的间隙内设置密封装置实现。

本发明提供的方案中：参见图2~图5，所述拉杆6的下部设置有固定于床身12上的拉杆支撑组件，所述拉杆支撑组件包括移动式拉杆支撑装置15和固定式拉杆支撑装置16，移动式拉杆支撑装置15和固定式拉杆支撑装置16均包括钢球一18、钢球二19、螺杆自锁螺母组件20、底板21和支座22；所述底板21上部固定设置有一对支座22，支座22顶部设置弧面形坑槽，坑槽下部设置有数个可自由转动的钢球二19，在钢球二19上安放有可自由转动的钢球一22，移动式拉杆支撑装置15底板21下部设置有一对小轮23。

具体的，包括十六个钢球二19和二个钢球二18；每四颗精密钢球二19为一组，呈环装分布安放于支座22顶部设置弧面形坑槽内，共两层，精密钢球一15-1安放在精密钢球二15-2之上，拉杆6支撑于移动式拉杆支撑装置15和固定式拉杆支撑装置16的两对精密钢球18之间。松开螺杆自锁螺母组件15-3可以快速调节两个精密钢球一18之间的距离，从而调节拉杆6的相对位置，调节完成后，重新固定螺杆自锁螺母组件15-3。

参见图6~图9，所述工件固定组件13包括一对，每一个均由下支座13-1，下垫块13-2，上垫块13-3，螺杆13-4，上支座13-5，转动轴13-6，法兰13-7，密封绝缘垫13-8，螺栓13-9，冷却管13-10，冷却软管13-11，冷却孔13-12和支座绝缘板13-13组成，所述半圆弧状的上支座13-5铰接于具有半圆形通槽的下支座13-1上，具体实施时，一侧有转动轴13-6，另一端设置螺栓13-9使下支座13-1和上支座13-5连接，工件夹持于其内的下垫块13-2，上垫块13-3之间；下支座13-1半圆形通槽的底部设置有下垫块13-2，与之对应的上支座13-5的半圆弧的下部设置有上垫块13-3，在下支座13-1内设置有冷却孔13-12，冷却孔13-12的两侧连通有冷却管13-10。冷却管13-10与冷却孔13-12为过盈配合，利用法兰13-7完成冷却管13-10与冷却软管13-11的连接，法兰13-7内测设置有密封绝缘垫13-8，一端进水，一端出水。阳极铜排14由螺栓固定在导电支座的下支座13-1上。

装夹工件时，翻开上支座13-5打开导电支座，将工件7安放在下垫块13-2上，重新关闭上支座13-5，调节螺杆13-4使得工件7被上垫块13-3顶紧，拧紧螺栓13-9，连接好上支座13-5和下支座13-1，完成工件7的装夹。

参见图10和图11.所述封液套筒8所述封液套筒8上部的横截面为圆筒形，下部的截面为进口小，出口大的喇叭状曲面，在进口处的端面设置绝缘密封圈8-1，内腔的出口端底部设置有回液孔8-2。电解液通过回液孔8-2可以顺利回流，且不会残留在封液套筒内，保护封液套筒不会被腐蚀；工件7装夹完毕后，将封液套筒8向工件方向7靠紧，利用绝缘密封圈8-1快速完成对工件7的一端密封。

所说的冷却孔13-12内涂有绝缘导热材料；

上述下垫块13-2、上垫块13-3材料为铜；

负极电流流向为：电流从电源负极出发，流向阴极铜排17，经过导电轴装置5，经由导电轴装置5，到达拉杆6，流向阴极9；正极电流流向为：电流从电源正极出发，流向阳极铜排14，到达工件固定组件13，再由工件固定组件13流向工件7。

电解液流向为：由进液管1流入，经由传动装置2，进入导电轴装置5，由导电轴装置5进入拉杆6，由拉杆6进入阴极9，从阴极9出来后，进入阴极9与工件7的加工间隙，再进入封液套筒8，由电解液回液管10排出电解液。

动力传输方式为：由精密回转工作台2将动力传输到导电轴装置5上，导电轴装置5与拉杆6相连，由拉杆6带动阴极9完成X轴向与绕X轴旋转的运动。

本发明能够满足大型卧式数控电解加工机床在0-24V电压下输出最高15000A的电流，最高电解液流速可达50m/s，温度控制在±1℃，能进行连续40多小时的稳定加工。

Claims (4)

1.大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置，包括床身（12）上依次设置的电解液进液管（1）、精密回转工作台（2）、导电轴组件、拉杆（6）、工件固定组件（13），电解液回流组件，所述电解液回液组件和工件固定组件（13）一起设置于床身（12）上的导轨（11）上部，所述电解液回液组件中包括封液套筒（8），其特征在于：所述拉杆（6）的下部设置有固定于床身（12）上的拉杆支撑组件，所述拉杆支撑组件包括移动式拉杆支撑装置（15）和固定式拉杆支撑装置（16），移动式拉杆支撑装置（15）和固定式拉杆支撑装置（16）均包括钢球一（18）、钢球二（19）、螺杆自锁螺母组件（20）、底板（21）和支座（22）；所述底板（21）上部固定设置有一对支座（22），支座（22）顶部设置弧面形坑槽，坑槽下部设置有数个可自由转动的钢球二（19），在钢球二（19）上安放有可自由转动的钢球一（22），移动式拉杆支撑装置（15）底板（21）下部设置有一对小轮（23）。

2.根据权利要求1所述的大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置，其特征在于：所述工件固定组件（13）包括一对，每一个均由下支座（13-1），下垫块（13-2），上垫块（13-3），螺杆（13-4），上支座（13-5），转动轴（13-6），法兰（13-7），密封绝缘垫（13-8），螺栓（13-9），冷却管（13-10），冷却软管（13-11），冷却孔（13-12）和支座绝缘板（13-13）组成，所述半圆弧状的上支座（13-5）铰接于具有半圆形通槽的下支座（13-1）上；下支座（13-1）半圆形通槽的底部设置有下垫块（13-2），与之对应的上支座（13-5）的半圆弧的下部设置有上垫块（13-3），在下支座（13-1）的两侧穿设有冷却管（13-10）。

3.根据权利要求1或2所述的大长径比的复杂螺旋类结构高效电解加工装置，其特征在于：所述封液套筒（8）上部的横截面为圆筒形，下部的截面为进口小，出口大的喇叭状曲面，在进口处的端面设置绝缘密封圈（8-1），内腔的出口端底部设置有回液孔（8-2）。

4.根据权利要求1所述的大型卧式数控电解加工机床导电轴，其特征在于：所述导电轴组件包括导电轴箱（3），在导电轴箱（3）内顶部镶嵌设置制冷装置（4）。

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