CN111805028A - 一种浮动工具电解车磨一体化加工方法及实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮动工具电解车磨一体化加工方法及实现装置，属于电解机械复合加工技术领域。其特征在于：通过压缩弹簧驱动工具磨头与回转工件表面柔性接触，实现了电解和磨削作用可控调节，提高了工具磨头使用寿命和回转工件加工精度；通过工具磨头作相对于回转工件轴向的高速往复运动，促进了加工区域电解产物排出，实现了回转工件表面较好的微观整平效果；通过在回转工件非加工区域通入旋转流动的高压空气，阻断了电解液向非加工区域的扩散流动，提高了电解车磨一体化加工的定域性。所述实现装置包括旋转通气装置，引电、引流装置，回转工件，工具磨头和工装夹具。本发明对提高回转工件电解车磨一体化加工精度和微观整平效果具有重要意义。

Description

一种浮动工具电解车磨一体化加工方法及实现装置

技术领域

本发明涉及一种浮动工具电解车磨一体化加工方法及实现装置，属于电解机械复合加工技术领域。

背景技术

轴承、凸轮和曲轴等高精度回转体零件是重要的机械基础件，它们的加工精度和表面质量将直接影响相关机电产品的工作性能和使用寿命。随着工业技术发展，高精度回转体零件的应用工况更加复杂，对机械加工技术也提出了更高要求，丰富和发展新型回转体零件加工工艺、实现回转体零件加工的形性协同控制显得尤为迫切。

电解车磨一体化加工方法，基于电化学溶解和磨削刮除作用，借助工具磨头对回转工件进行加工，能够满足不同热处理状态、不同硬度的高精度回转体零件精密加工需求，在批量生产中显现出独特优势。

研究人员在电解车磨、电解铣磨、电解钻磨一体化加工等电解机械复合加工方面开展了较多探索，加工实践表明相比于单一电解加工方法，电解机械复合加工能够显著提高工件加工精度和表面质量，有望实现从宏观几何形状到微观表面形貌的跨尺度精确成形。

申请号为201810001038.9的中国专利公开了电解铣磨高效粗精加工一体化加工方法，基于旋转工具磨头，采用高电压输出提高电化学溶解作用以实现材料的大余量去除、再采用低电压或零电压输出对粗加工表面进行磨削整平。

申请号为201711017333.5的中国专利公开了辅助冲液电解铣磨加工整体叶盘系统及方法，加工时工具阴极和辅助喷嘴同时向叶盘毛坯加工区域提供电解液，且辅助喷嘴内电解液压力大于工具阴极内电解液压力。

申请号为201910390583.6的中国专利公开了群孔管电极电解钻磨一体化加工装置及系统，管电极一端固定连接机械手的另一端、管电极的中下部外壁上设置金刚石磨粒层，可实现具有光整表面若干深小群孔的一次性加工。

申请号为201810922748.5的中国专利公开了一种回转体电解机械复合抛光机，阴极抛光盘的抛光面紧贴有无纺布，工件表面发生电解反应形成钝化膜，磨粒不断刮除钝化膜高点以降低表面粗糙度。

上述电解机械复合加工方法虽然能够有效改善工件表面质量，但加工过程中旋转工具与工件大多为刚性接触，磨削力难以稳定调节、磨削刮除和电化学溶解作用也难以稳定调控。当磨削作用过强容易加速工具磨头损耗、降低其使用寿命；而电解作用过强容易产生严重杂散腐蚀，后续机械磨削也难以完全去除。因此，在电解机械复合加工中，引入浮动工具磨头并对磨削力进行精确控制，对于减小工具磨头损耗、提高工件加工精度和微观整平效果具有重要意义。

发明内容

1、本发明针对目前电解车磨一体化加工工艺的不足，提出一种工具磨头与回转工件柔性接触、磨削力稳定可调的浮动工具电解车磨一体化加工方法及实现装置，延长工具磨头使用寿命、提高回转工件电解车磨一体化加工精度和微观整平效果。

2、为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案是：一种浮动工具电解车磨一体化加工方法，基于电化学溶解和机械磨削的协同作用，采用浮动的导电工具磨头对回转工件进行加工，工具磨头相对回转工件的轴线方向作高速往复运动，回转工件绕自身轴线方向作旋转运动，压缩弹簧驱动工具磨头与回转工件表面柔性接触，通过数控系统控制机床连接块相对回转工件的径向进给量来调节压缩弹簧的压紧力和工具磨头的磨削力大小；在电解车磨加工过程中，高流速电解液通过进液管和工具磨头内侧通液槽连续输送至回转工件的加工区域，高压空气通过旋转通气装置侧壁均布的出气孔连续输送至回转工件的非加工区域。

所述压缩弹簧压紧力调节范围为0N～20N，其中压紧力为0N时，工具磨头与回转工件不接触、加工过程中无机械磨削作用；所述旋转通气装置出气孔的空气压力为0.1MPa～0.5MPa，工具磨头相对回转工件的轴向往复运动速度为50mm/min～200mm/min，工具磨头的金刚石磨料粒度尺寸为10μm～74μm。

本发明的另一技术目的是提供一种浮动工具电解车磨一体化加工实现装置，包括引电、引流装置，工装夹具，旋转通气装置，回转工件和工具磨头。所述回转工件固定安装于旋转轴，在回转工件的上、下两侧分别设置有旋转通气装置，旋转通气装置的动子端随旋转轴作回转运动、定子端与空气压缩机相连接，在回转工件下侧还设置有旋转导电滑环；所述工具磨头安装于圆柱夹套的内侧、并通过圆柱销进行定位，工具磨头与工具导向块之间采用滑动配合，工具导向块与中空腔体通过螺钉固定连接；所述圆柱夹套与中空腔体采用滑动配合，圆柱夹套上端设置有运动导向杆，运动导向杆与机床连接块采用滑动配合；所述压缩弹簧安装于运动导向杆的外侧、顶端压紧贴合于机床连接块的下端，中空腔体与机床连接块通过螺钉固定连接。

所述圆柱夹套侧壁设置有引电块和引流块，引流块内侧设置有进液管，引电块通过内六角螺钉与工具磨头、圆柱夹套固定连接。

所述中空腔体、引电块和工具磨头基体均采用不锈钢材料制成以实现加工电流的稳定传导，圆柱夹套和工具导向块采用非金属材料制成以消除电解车磨加工过程中的导电不良。

3、本发明的有益效果为：(一)本发明采用浮动工具电解车磨加工回转体零件，加工过程中工具磨头与回转工件柔性接触、磨削力稳定可调，工具磨头损耗较小。(二)本发明中工具磨头作相对于回转工件轴向的高速往复运动，促进了加工区域电解产物排出和工件材料均匀去除，回转工件微观整平效果较好。(三)本发明在回转工件非加工区域通入旋转流动的高压空气，阻断电解液向非加工区域的扩散流动，提高了电解车磨一体化加工的定域性。

附图说明

图1为本发明浮动工具电解车磨一体化加工实现装置整体结构示意图。

图2为本发明浮动工具电解车磨一体化加工实现装置内部结构示意图。

图3为本发明圆柱夹套和工具磨头结构示意图。

图中：1、回转工件，2、旋转通气装置，3、旋转轴，4、工具磨头，5、工具导向块，6、引流块，7、引电块，8、内六角螺钉，9、中空腔体，10、运动导向杆，11、机床连接块，12、压缩弹簧，13、圆柱夹套，14、圆柱销，15、进液管，16、旋转导电滑环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示为浮动工具电解车磨一体化加工实现装置整体结构，该装置包括：引电、引流装置，工装夹具，旋转通气装置2，回转工件1和工具磨头4。回转工件1安装于旋转轴3上，并绕自身轴线作回转运动；在回转工件1上、下两侧分别设置有旋转通气装置2，旋转通气装置2的动子端随旋转轴3作回转运动、定子端与空气压缩机相连接，高压空气通过旋转通气装置2侧壁均布的出气孔连续输送至回转工件1的非加工区域；在回转工件1下侧还设置有旋转导电滑环16，将电源输出的电场能量不断传导至加工区域、并形成闭合电流回路。工具磨头4安装于圆柱夹套13内侧、并采用圆柱销14进行定位，工具磨头4与工具导向块5之间采用滑动配合，工具导向块5与中空腔体9通过螺钉固定连接，数控系统控制工具磨头4相对回转工件1的轴向作高速往复运动；圆柱夹套13外壁与中空腔体9内壁采用滑动配合，中空腔体9与机床连接块11通过螺钉固定连接。

如图2所示为浮动工具电解车磨一体化加工实现装置内部结构。圆柱夹套13侧壁设置有引电块7和引流块6，引流块6内侧设置有进液管15，电解液从进液管15流入工具磨头4内部通液槽、并输送至加工区域；引电块7通过内六角螺钉8与工具磨头4、圆柱夹套13固定连接；圆柱夹套13上端设置有运动导向杆10，运动导向杆10与机床连接块11采用滑动配合；压缩弹簧12安装于运动导向杆10外侧，顶端压紧贴合于机床连接块11下端，通过压缩弹簧12驱动工具磨头4与回转工件1表面柔性接触，通过数控系统控制机床连接块11相对于回转工件1的径向进给量来调节压缩弹簧12压紧力和工具磨头4磨削力大小。

为了实现电解车磨一体化加工过程中电流稳定传导、避免加工过程中的导电不良，中空腔体9、引电块7和工具磨头4基体均采用不锈钢材料制成，圆柱夹套13和工具导向块5均采用非金属材料制成。

如图3所示为圆柱夹套和工具磨头结构。工具磨头4底端和侧壁镶嵌有金刚石磨料，内部开设有通液槽；圆柱夹套13侧壁开设有进液孔，圆柱销14与工具磨头4、圆柱夹套13之间为间隙配合，配合间隙小于0.02mm。

上述浮动工具电解车磨一体化加工采用的技术参数为：压缩弹簧12压紧力调节范围为0N～20N，其中压紧力为0N时，工具磨头4与回转工件1不接触、加工过程无机械磨削作用；旋转通气装置2出气孔的空气压力为0.1MPa～0.5MPa，工具磨头4相对回转工件1的轴向往复运动速度为50mm/min～200mm/min，工具磨头4的金刚石磨料粒度尺寸为10μm～74μm。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。

Claims (5)

1.一种浮动工具电解车磨一体化加工方法，其特征在于：基于电化学溶解和机械磨削的协同作用，采用浮动的导电工具磨头(4)对回转工件(1)进行加工，工具磨头(4)相对回转工件(1)的轴线方向作高速往复运动，回转工件(1)绕自身轴线方向作旋转运动，压缩弹簧(12)驱动工具磨头(4)与回转工件(1)表面柔性接触，通过数控系统控制机床连接块(11)相对回转工件(1)的径向进给量来调节压缩弹簧(12)的压紧力和工具磨头(4)的磨削力大小；在电解车磨加工过程中，高流速电解液通过进液管(15)和工具磨头(4)内侧通液槽连续输送至回转工件(1)的加工区域，高压空气通过旋转通气装置(2)侧壁均布的出气孔连续输送至回转工件(1)的非加工区域。

2.根据权利要求1所述的浮动工具电解车磨一体化加工方法，其特征在于：所述压缩弹簧(12)的压紧力调节范围为0N～20N，其中压紧力为0N时，工具磨头(4)与回转工件(1)不接触、加工过程中无机械磨削作用；旋转通气装置(2)出气孔的空气压力为0.1MPa～0.5MPa，工具磨头(4)相对回转工件(1)的轴向往复运动速度为50mm/min～200mm/min，工具磨头(4)的金刚石磨料粒度尺寸为10μm～74μm。

3.一种浮动工具电解车磨一体化加工实现装置，包括引电、引流装置，工装夹具，旋转通气装置(2)，回转工件(1)和工具磨头(4)，其特征在于：回转工件(1)固定安装于旋转轴(3)，在回转工件(1)的上、下两侧分别设置有旋转通气装置(2)，旋转通气装置(2)的动子端随旋转轴(3)作回转运动、定子端与空气压缩机相连接，在回转工件(1)下侧还设置有旋转导电滑环(16)；工具磨头(4)安装于圆柱夹套(13)的内侧、并通过圆柱销(14)进行定位，工具磨头(4)与工具导向块(5)之间采用滑动配合，工具导向块(5)与中空腔体(9)通过螺钉固定连接；圆柱夹套(13)与中空腔体(9)采用滑动配合，圆柱夹套(13)上端设置有运动导向杆(10)，运动导向杆(10)与机床连接块(11)采用滑动配合；压缩弹簧(12)安装于运动导向杆(10)的外侧、顶端压紧贴合于机床连接块(11)的下端，中空腔体(9)与机床连接块(11)通过螺钉固定连接。

4.根据权利要求3所述的浮动工具电解车磨一体化加工实现装置，其特征在于：所述圆柱夹套(13)侧壁设置有引电块(7)和引流块(6)，引流块(6)内侧设置有进液管(15)，引电块(7)通过内六角螺钉(8)与工具磨头(4)、圆柱夹套(13)固定连接。

5.根据权利要求3所述的浮动工具电解车磨一体化加工实现装置，其特征在于：所述中空腔体(9)、引电块(7)和工具磨头(4)基体均采用不锈钢材料制成以实现加工电流的稳定传导，圆柱夹套(13)和工具导向块(5)采用非金属材料制成以消除电解车磨加工过程中的导电不良。

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