CN111644717B - 一种电解磨切复合加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解磨切复合加工装置及方法，所述装置包括：机床底座以及设置在机床底座上的竖直移动机构和水平移动机构，竖直移动机构上设置有电极装夹装置，电极装夹装置用于固定工具电极；水平移动机构上设置有电解箱，电解箱内设置有电解液，电解箱内放置待加工工件，工具电极包括金属丝以及布设在金属丝表面的磨料；工具电极和待加工工件电连接有脉冲电源，待加工工件与脉冲电源之间设置有电流传感器，电流传感器连接有数据采集卡，数据采集卡与工控机电性连接。本发明提供的电解磨切复合加工装置及方法，综合利用机械磨削、电解加工及其耦合作用去除材料，提高了加工效率；利用磨料刮除加工表面上的钝化层，提高电化学反应速度。

Description

一种电解磨切复合加工装置及方法
技术领域
本发明涉及电解加工技术领域，特别是涉及一种电解磨切复合加工装置及方法。
背景技术
电解加工技术是一种基于电化学阳极溶解原理来去除金属材料的制造方法，加工过程中，工具电极作为阴极，接电源负极，发生析氢还原反应；金属工件作为阳极，接电源正极，发生氧化反应，工件以离子的形式被溶解蚀除。随着工具阴极的不断进给，工件表面最终形成与工具阴极形状相反的特征结构。电解加工具有工具阴极无损耗、可忽略工件材料硬度、加工表面质量好、加工效率高等优点，常用在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域来加工形状复杂、难切削材料，比如航空发动机叶轮、叶片、微过滤网、模具等。
现有技术中，传统电解线切割，一般采用光滑表面的电极丝，加工效率受限；传统电解磨削、电解磨铣，采用表面具有磨粒的导电砂轮或者球头，仅用于表面的磨削加工或铣削加工；游离磨料电解切割，在电解液中加入微细磨料，利用磨料的切削力去除加工区域的钝化层，例如专利号为CN201711142416.7的管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置与方法。随着加工进行，不溶性的电解产物释放在电解液中，导致加入的磨料不能满足切割要求，因此，需要经常性更换，以保证切割质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种电解磨切复合加工装置及方法，综合利用机械磨削、电解加工及其耦合作用去除材料，提高了电解切割加工效率；利用磨料刮除加工表面上的钝化层，并有利于狭小加工间隙内的不溶性产物和气泡的排出，从而提高电化学反应速度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电解磨切复合加工装置，该装置包括：机床底座以及设置在机床底座上的竖直移动机构和水平移动机构，所述竖直移动机构上设置有电极装夹装置，所述电极装夹装置用于固定工具电极，所述竖直移动机构用于带动工具电极上下移动；所述水平移动机构上设置有电解箱，所述水平移动机构带动电解箱水平方向移动；所述电解箱内设置有电解液，所述电解箱内放置待加工工件，所述工具电极用于对待加工工件进行磨切，所述工具电极包括金属丝以及布设在金属丝表面的磨料；
所述工具电极和待加工工件电连接有脉冲电源，所述工具电极连接于所述脉冲电源的阴极，所述待加工工件连接于脉冲电源的阳极，所述待加工工件与所述脉冲电源之间设置有电流传感器，所述电流传感器连接有数据采集卡，所述数据采集卡与工控机电性连接。
可选的，所述电解磨切复合加工装置还包括运动控制器，所述运动控制器分别与所述工控机、竖直移动机构和水平移动机构电性连接，所述运动控制器控制所述竖直移动机构和水平移动机构动作。
可选的，所述竖直移动机构包括机床竖支架和Z轴移动底座，所述机床竖支架竖直固定在机床底座上，所述Z轴移动底座与机床竖支架滑动连接，所述电极装夹装置固定连接在Z轴移动底座上。
可选的，所述水平移动机构包括X轴移动底座和Y轴移动底座，所述X轴移动底座沿X轴方向滑动连接在所述机床底座上，所述Y轴移动底座沿Y轴方向滑动连接在所述X轴移动底座，所述电解箱固定在所述Y轴移动底座上，所述X轴移动底座带动所述电解箱沿X轴方向移动，所述Y轴移动底座带动所述电解箱沿Y轴方向移动。
可选的，所述电解磨切复合加工装置还包括示波器，所述示波器与所述工控机电性连接。
可选的，所述磨料沿金属丝的表面均布，或者沿金属丝径向或轴向间歇分布。
可选的，所述电解箱内设置有固定支架，所述固定支架用于固定所述待加工工件。
本发明还提供了一种电解磨切复合加工方法，应用于上述的电解磨切复合加工装置，包括以下步骤：
待加工工件浸没在电解液中，电化学溶解设定时间后；
控制工具电极上下往复走丝运动；
实时获取加工中的电流信号，进入稳定加工状态后，将电流信号与设置的电流阈值相比较，当电流信号较小，表明受钝化层影响，电化学反应变慢，则控制工具电极上下往复运动速度加快，进行快速走丝，以利用工具电极表面磨料快速刮除工件表面钝化层；当电流信号较大，则控制工具电极上下往复运动速度恢复至原走丝速度。
可选的，所述方法还包括控制工具电极X、Y轴向运动，将待加工工件电解磨切复合加工出特定形状结构。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的电解磨切复合加工装置及方法，设置竖直移动机构用于带动工具电极上下走丝，同时设置水平移动机构能够对待加工工件的形状进行加工；通过电流传感器实时监测加工电流，并进行反馈控制，提高电解切割加工的自动化水平和效率；综合利用机械磨削、电解加工及其耦合作用去除材料，提高了电解切割加工效率，工具电极采用表面固结有磨料的金属线，磨料可以刮除加工表面上的钝化层，可以提高工具电极的走丝速度，即机械磨削作用时的走丝速度，大于电解作用时的走丝速度，同时，更有利于狭小加工间隙内的不溶性产物和气泡的排出，从而提高电化学反应速度；与游离磨料切割相比，电解液中无磨料，电解液可以通过过滤系统循环使用，节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例电解磨切复合加工装置的结构示意图；
图2为本发明工具电极的结构示意图；
图3为本发明电解磨切复合加工原理示意图；
附图标记：1、机床底座；2、机床竖支架；3、Z轴移动底座；4、电极装夹装置；5、工具电极；501、金属丝；502、磨料；6、脉冲电源；7、运动控制器；8、工控机；9、示波器；10、数据采集卡；11、电流传感器；12、电解箱；13、Y轴移动底座；14、X轴移动底座；15、待加工工件；16、固定支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电解磨切复合加工装置及方法，综合利用机械磨削、电解加工及其耦合作用去除材料，提高了电解切割加工效率；利用磨料刮除加工表面上的钝化层，并有利于狭小加工间隙内的不溶性产物和气泡的排出，从而提高电化学反应速度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的电解磨切复合加工装置，包括：机床底座1以及设置在机床底座1上的竖直移动机构和水平移动机构，所述竖直移动机构上设置有电极装夹装置4，所述电极装夹装置4用于固定工具电极5，所述竖直移动机构用于带动工具电极5上下移动；所述水平移动机构上设置有电解箱12，所述水平移动机构带动电解箱12水平方向移动；所述电解箱12内设置有电解液，所述电解箱12内放置待加工工件15，所述待加工工件15可以采用固定支架16，固定在电解箱12内；如图3所示，所述工具电极5用于对待加工工件15进行磨切，所述工具电极5包括金属丝501以及布设在金属丝表面的磨料502，如图2所示；
所述工具电极5和待加工工件15电连接有脉冲电源6，所述工具电极5连接于脉冲电源6的阴极，所述待加工工件15连接与脉冲电源6的阳极，所述待加工工件15与脉冲电源6之间设置有电流传感器11，所述电流传感器连接有数据采集卡10，所述数据采集卡10与工控机8电性连接。
其中，所述电解磨切复合加工装置还包括运动控制器7，所述运动控制器7分别与所述工控机8、竖直移动机构和水平移动机构电性连接，所述运动控制器7控制竖直移动机构和水平移动机构动作。
所述竖直移动机构包括机床竖支架2和Z轴移动底座3，所述机床竖支架2竖直固定在机床底座1上，所述Z轴移动底座3与机床竖支架2滑动连接，所述电极装夹装置4固定连接在Z轴移动底座3上。
所述水平移动机构包括X轴移动底座14和Y轴移动底座13，所述X轴移动底座14沿X轴方向滑动连接在机床底座1上，所述Y轴移动底座13沿Y轴方向滑动连接在所述X轴移动底座14，所述电解箱12固定在所述Y轴移动底座13上，所述X轴移动底座14带动电解箱12沿X轴方向移动，所述Y轴移动底座13带动所述电解箱12沿Y轴方向移动。
所述电解磨切复合加工装置还包括示波器9，示波器9与工控机8电性连接。
如图2所示，所述磨料502沿金属丝501的表面均布，或者沿金属丝径向或轴向间歇分布。采用表面固结有磨料的金属丝作工具电极，磨料表面不导电，金属丝导电。
本发明还提供了一种电解磨切复合加工方法，应用于上述的电解磨切复合加工装置，包括以下步骤：
待加工工件浸没在电解液中，电化学溶解设定时间后；
控制工具电极上下往复走丝运动；
实时获取加工中的电流信号，进入稳定加工状态后，将电流信号与设置的电流阈值相比较，当电流信号较小，表明受钝化层影响，电化学反应变慢，则控制工具电极上下往复运动速度加快，进行快速走丝，以利用工具电极表面磨料快速刮除工件表面钝化层；当电流信号较大，则控制工具电极上下往复运动速度恢复至原走丝速度。
其中，所述方法还包括控制工具电极X、Y轴向运动，将待加工工件电解磨切复合加工出特定形状结构。
其中，所述待加工工件在待加工区域浸没在电解液中。加工时，可以认为电解作用和机械磨削作用分时进行。由于电解作用，工件加工区域电化学溶解，但溶解一定时间后，由于表面产生钝化层，影响了电化学反应速度，严重时将阻碍电解加工进行。通过工具电极的上下走丝运动，其表面附着的磨料将钝化层刮除，使工件表面暴露出新鲜的表面，使电解加工继续进行。这样使得复合加工持续进行。并通过运动控制器控制XY轴的相对运动，电解磨切复合加工出特定结构。
本发明提供的电解磨切复合加工装置及方法，设置竖直移动机构用于带动工具电极上下走丝，同时设置水平移动机构能够对待加工工件的形状进行加工；通过电流传感器实时监测加工电流，并进行反馈控制，提高电解切割加工的自动化水平和效率；综合利用机械磨削、电解加工及其耦合作用去除材料，提高了电解切割加工效率，工具电极采用表面固结有磨料的金属线，磨料可以刮除加工表面上的钝化层，可以提高工具电极的走丝速度，即机械磨削作用时的走丝速度，大于电解作用时的走丝速度，同时，更有利于狭小加工间隙内的不溶性产物和气泡的排出，从而提高电化学反应速度；与游离磨料切割相比，电解液中无磨料，电解液可以通过过滤系统循环使用，节能环保。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种电解磨切复合加工方法，其特征在于，电解磨切复合加工装置包括：机床底座以及设置在机床底座上的竖直移动机构和水平移动机构，所述竖直移动机构上设置有电极装夹装置，所述电极装夹装置用于固定工具电极，所述竖直移动机构用于带动工具电极上下移动；所述水平移动机构上设置有电解箱，所述水平移动机构带动电解箱水平方向移动；所述电解箱内设置有电解液，所述电解箱内放置待加工工件，所述工具电极用于对待加工工件进行磨切，所述工具电极包括金属丝以及布设在金属丝表面的磨料；所述工具电极和待加工工件电连接有脉冲电源，所述工具电极连接于所述脉冲电源的阴极，所述待加工工件连接于脉冲电源的阳极，所述待加工工件与所述脉冲电源之间设置有电流传感器，所述电流传感器连接有数据采集卡，所述数据采集卡与工控机电性连接；
所述磨料沿金属丝的表面均布，或者沿金属丝径向或轴向间歇分布；
电解磨切复合加工方法，包括以下步骤：待加工工件浸没在电解液中，电化学溶解设定时间后；控制工具电极上下往复走丝运动；实时获取加工中的电流信号，进入稳定加工状态后，将电流信号与设置的电流阈值相比较，当电流信号较小，表明受钝化层影响，电化学反应变慢，则控制工具电极上下往复运动速度加快，进行快速走丝，以利用工具电极表面磨料快速刮除工件表面钝化层；当电流信号较大，则控制工具电极上下往复运动速度恢复至原走丝速度；
设置竖直移动机构用于带动工具电极上下走丝，同时设置水平移动机构对待加工工件的形状进行加工；加工时，电解作用和机械磨削作用分时进行；
工具电极带有磨料的部位高度大于工件的高度，且工具电极的往复运动方向与进给方向垂直；
所述方法还包括控制工具电极X、Y轴向运动，将待加工工件电解磨切复合加工出特定形状结构。
2.根据权利要求1所述的电解磨切复合加工方法，其特征在于，所述电解磨切复合加工装置还包括运动控制器，所述运动控制器分别与所述工控机、竖直移动机构和水平移动机构电性连接，所述运动控制器控制所述竖直移动机构和水平移动机构动作。
3.根据权利要求1所述的电解磨切复合加工方法，其特征在于，所述竖直移动机构包括机床竖支架和Z轴移动底座，所述机床竖支架竖直固定在机床底座上，所述Z轴移动底座与机床竖支架滑动连接，所述电极装夹装置固定连接在Z轴移动底座上。
4.根据权利要求1所述的电解磨切复合加工方法，其特征在于，所述水平移动机构包括X轴移动底座和Y轴移动底座，所述X轴移动底座沿X轴方向滑动连接在所述机床底座上，所述Y轴移动底座沿Y轴方向滑动连接在所述X轴移动底座，所述电解箱固定在所述Y轴移动底座上，所述X轴移动底座带动所述电解箱沿X轴方向移动，所述Y轴移动底座带动所述电解箱沿Y轴方向移动。
5.根据权利要求1所述的电解磨切复合加工方法，其特征在于，所述电解磨切复合加工装置还包括示波器，所述示波器与所述工控机电性连接。
6.根据权利要求1所述的电解磨切复合加工方法，其特征在于，所述电解箱内设置有固定支架，所述固定支架用于固定所述待加工工件。
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