CN112222545B - 一种回转体内型腔电解加工转接装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

一种回转体内型腔电解加工转接装置及其设计方法，属于电解加工领域。包括与锥台、阴极夹持块、阳极工件、支撑板，锥台锥面均匀分布有若干组锥形导轨；支撑板上表面沿其径向设有用于放置阴极夹持块的V面；所述阴极夹持块的一端设有与锥形导轨配合的滑块，另一端安装有与回转体内型腔匹配的阴极工具，所述阴极夹持块内具有空腔，其侧壁设有电解液的进液口；通过机床主轴驱动锥台下行，锥形导轨与滑块配合，使阴极夹持块沿V面水平位移，促使阴极工具水平位移，将阴极工具的形状拷贝到阳极工件内表面，回转体内型腔加工完成。本发明可实现机床轴向进给到横向进给的精确转换，提高加工过程的稳定性和可靠性。

Description

一种回转体内型腔电解加工转接装置及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种回转体内型腔电解加工转接装置及其设计方法，属于电解加工领域。

背景技术

在机匣等薄壁回转体零件上，其内表面上一般有形状复杂且不规则的型腔结构，在使用传统的机械加工方法加工此类型腔的时候，需要使用精度极高的机床设备，并且在加工过程中，刀具易损坏，加工周期较长，导致了加工效率及其低下，成本十分高昂，由于传统切削的固有特性，加工后的零件有很大的残余应力，工件易变形，造成极大的浪费。

电解加工是利用电化学反应，腐蚀工件表层的材料，将阴极工具的形状“拷贝”到工件表层。在加工过程中，工件和刀具无接触，所以在加工薄壁回转体零件时，具有无刀具损耗，无残余应力、精度高等优点，是一种有效的加工方法。使用常规的单阴极头进行逐个加工时，需要重复定位，频繁更换阴极头，不仅使加工过程繁琐、加工效率低下，同时一定程度上也影响了加工精度。设计一种进给转向装置，可同时完成多个型腔的加工，大幅度提高了加工效率。然而进给转向装置的结构参数对进给速度等电解加工参数有着重要影响，进而左右着零件的加工质量，所以需要对进给转向装置进行合理的设计。

发明内容

本发明针对回转体内型腔高效加工的需求，提出了一种可同时多向进给转接装置及其设计方法，即一种回转体内型腔电解加工转接装置及其设计方法，有助于实现进给方向和进给速度的精确调控，可实现回转体内型腔结构的高效加工。

本发明的技术方案如下：

一种回转体内型腔电解加工转接装置，其特征是，包括与机床主轴连接的锥台、若干阴极夹持块、阳极工件(工件为环形或者锥形回转体结构)、支撑板，所述锥台呈上大下小结构，其锥面均匀分布有若干组外凸的轨道，形成锥形导轨；所述支撑板呈圆形，其上表面沿其径向设有用于放置阴极夹持块的V面；所述阴极夹持块的一端设有与锥形导轨配合的滑块，另一端安装有与回转体内型腔匹配的阴极工具，所述阴极夹持块内具有空腔，其侧壁设有电解液的进液口；通过机床主轴驱动锥台下行，锥形导轨与滑块配合，使阴极夹持块沿V面水平位移，促使阴极工具水平位移，将阴极工具的形状拷贝到阳极工件内表面，回转体内型腔加工完成。

进一步的，所述滑块端面为与锥台锥面相匹配的斜面结构，该斜面结构上设有与锥形导轨相匹配的T型导槽。

进一步的，所述滑块的斜面结构底部两侧分别设有限位面，该限位面相对于滑块的斜面结构倾斜布置，以便滑块滑至锥形导轨底部时，相邻两个滑块的限位面相互贴合，防止滑块与锥形导轨脱离。

进一步的，所述锥台底部中心位置设有导向柱孔，所述支撑板中部设有与导向柱孔匹配的导向柱。

进一步的，所述支撑板的V面上设有凸起的V形支撑板。

进一步的，所述阴极夹持块顶部设有对正线，以便阴极工具找正。

一种回转体内型腔电解加工转接装置的设计方法，其特征是，包括以下步骤：

1)根据工件图纸，确定阳极工件的底径d、型腔的加工深度g、阳极工件内表面型腔的个数n以及其大小尺寸；

2)根据阳极工件待加工型腔结构确定阴极工具的形状尺寸，阴极工具、阴极夹持块的个数与待加工型腔个数n一致；由阴极工具的尺寸设计阴极夹持块的半径r；在滑块下端设有互相接触的限位面，该限位面与滑块侧面的角度为确定阴极夹持块的长度c、阴极工具的厚度b、滑块的底面长度m以及极限状态下回转中心到滑块斜面结构底边的距离e，其总和应满足：

3)支撑板上的V面个数n，与阴极夹持块个数相一致，V面角度为α，其数值在80°-100°之间，每个V面上有两个凸起的V形支撑板，凸起厚度约为2-3mm；支撑板上平面到V形支撑板底端距离为L，则此时，阴极夹持块中心到支撑板上平面的垂直距离h₁可表示为：

此时，与阴极夹持块固接的滑块，其下平面距阴极夹持块的距离h₂应小于h₁，防止加工过程中发生干涉；

4)锥形导轨的上方最大轴线距离为h₃，下方最大轴线距离为a，锥度为θ，其具体尺寸可根据实际情况，由经验设计得出，其大小应为加工工件的1/6-1/4，滑块的端面为与椎台的锥面相同斜度的长方形，且具有与锥形导轨匹配的T型导槽；将n个滑块从锥形导轨上方滑入导轨，则当n个滑块7的限位面相互贴合，且阴极夹持块圆柱面与V形支撑板4相切时，此时锥形导轨底端到支撑板的距离s为：

5)在支撑板上设有导向柱，根据锥形导轨有效的下行距离，确定导向柱的长度Q，避免在提供竖直运动中不会因为导向柱过短而脱离的情况，应Q>s,为使在加工过程中，阴极夹持块始终与侧V形支撑板接触，内侧V形支撑板的内面与支撑板的距离h₄应当满足：

m+a<h₄<a+s×tanθ；

V形支撑板的内面与支撑板的距离h₅应当满足：

h₅<m+a+c；

6)在加工过程中，锥形导轨的竖直下移量为F_h，通过转向装置带动阴极工具的水平位移量为F_s，两者的关系满足以下的公式：

F_s＝F_h×tanθ；

运动过程中，阴极工具12与阳极工件13内表面的距离为J，则：

通过机床主轴驱动锥台下行，锥形导轨与滑块配合，使阴极夹持块沿V面水平位移，促使阴极工具水平位移，将阴极工具的形状拷贝到阳极工件内表面，回转体内型腔加工完成。

本发明具有以下显著效果：

1、本发明提出进给转向装置，可实现机床轴向进给到横向进给的精确转换，提高加工过程的稳定性和可靠性；

2、本发明提出进给转向装置，可帮助进给转向装置同时对回转体内壁多个型腔结构开展精密加工，大幅提高加工效率；

3、本发明提出进给转向装置，降低了复杂型腔结构加工过程对机床运动系统的要求，可通过单轴进给机床同时实现多个复杂型腔结构的加工。

附图说明

图1是本发明转接装置示意图；

图2是转接装置的水平进给机构示意图；

图3是锥形导轨示意图；

图4是支撑板示意图；

图5是运动导向示意图；

图6是实际应用加工示意图；

图中：锥形导轨1、阴极夹持块2、进液口3、V形支撑板4、支撑板5、对正线6、滑块7、T形导轨槽8、限位面9、导向柱孔10、导向柱11、阴极工具12、阳极工件13、机床主轴14、锥台15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1是转接装置的示意图，图中包括锥形导轨1、阴极夹持块2、进水口3、V形支撑面4、支撑板5、对正线6、滑块7、锥台15，其中阴极夹持块2、支撑板5、滑块7等由不锈钢等耐腐蚀材料制成；锥形导轨1可通过燕尾导槽，从上端分别安装多个滑块7，滑块7(具有与锥形导轨匹配的T形导轨槽8)底面双侧设有限位面9，使滑块在锥形导轨1下方时可形成相互支撑，保证不会脱落，在支撑板5上有V形支撑板4，保证主轴14下行时，与滑块7固接的阴极夹持块2能够沿水平方向进给。在支撑板5上设有导向柱11，与锥形导轨1的导向柱孔10相配合。

图2是转接装置的水平进给机构示意图，图中包括阴极夹持块2、进液口3、对正线6、滑块7、T形导轨8、限位面9；图中对正线6，为加工时方便给阴极工具12找正，不发生倾斜保证加工精度。

本发明一种回转体内型腔电解加工转接装置设计步骤如下：

步骤1：得出阳极工件13的各个参数。

根据所加工零件的图纸，确定阳极工件13的锥角θ、工件的底径d、型腔的加工深度g以及阳极工件13内表面型腔的个数n和其大小尺寸。

步骤2：确定各水平进给部件的尺寸。

根据加工型腔的形状、尺寸，可得出阴极工具12的形状、尺寸，进而确定阴极夹持块2的半径r，阴极工具12以及阴极夹持块2的个数与待加工型腔的个数n一致。滑块7与阴极夹持块2固接，滑块7的底面两侧设有对称的限位面9，该限位面9作用为滑块7下行时，相互接触，防止脱落，该限位面9与滑块7侧面的角度应当为根据阳极工件13的底径，设计出阴极夹持块2的长度c、阴极工具12的厚度b、滑块7的底面长度m、以及极限状态下回转中心到滑块7斜面结构底边的距离e，其大小由经验可得，总长度应当满足：

步骤3：确定V形支撑板4的参数和滑块7相对于阴极夹持块2的位置。

在支撑板5上开有若干V面，V面的数量与所需阴极夹持块2的数量一致，在V面上面设有凸起的V形支撑板4，V形支撑板4具有支撑阴极夹持块2以及为其提供一定的导向作用，V型面的角度α，α的角度应当在80°-100°之间，V形支撑板4凸起的厚度约为2-3mm，支撑板5上端面到V形支撑板4底部的距离为L，L应小于r，阴极夹持块2中心到支撑板5上端面的距离h₁，可由公式：

确定，在滑块7与阴极夹持块2固接时，滑块7的下底面与阴极夹持块2的中心的距离为h₂，应满足h₂<h₁，以防止在主轴带动转接装置下行时，滑块7与支撑板5相互干涉，影响加工进行。

步骤4：锥形导轨1的各个参数。

锥形导轨1上端面的最大轴线距离为h₃，下端面的最大轴线距离为a，锥形导轨的锥度θ，其角度范围应当为20°-45°，在锥形导轨1的环周侧面有与滑块后7端面形状大小相同的长方形，两者锥度完全相同，且可以完美贴合；n个滑块可以从锥形导轨1的上侧滑入，当所有的滑块7沿锥面下行，且各个限位面9相互贴合，且阴极夹持块2与V形支撑板4相切时，计算锥形导轨1底端据支撑板5的距离s，满足以下公式：

步骤5：确定支撑板5的各个参数。

支撑板5应当可以满足全部阴极夹持块2的加工需求，在支撑板5的中间设有导向柱11，与锥形导轨1下端面的导向柱孔10相配合，以保证锥形导轨1的竖直下行精度，减少加工误差，导向柱11的长度Q，应满足Q>s,避免在锥形导轨1在竖直运动的过程中，出现因导向柱11过短而相互脱离，导致加工精度受损的问题。

为使阴极夹持块2在加工进给过程中，不会与V形支撑板4脱离，导致加工角度倾斜，每个V形支撑板4的设计位置应设计在一定的范围内，内侧V形支撑板4的内面与支撑板5的距离h₄应当满足：

m+a<h₄<a+s×tanθ

V形支撑板4的内面与支撑板5的距离h₅应当满足：

h₅<m+a+c

步骤6：竖直运动与水平运动的关系。

在加工过程中，机床主轴14带动锥形导轨1下行，通过锥面的作用，推动阴极夹持块2向阳极工件13内表面靠拢，通过电化学作用完成加工目标。锥形导轨1的竖直下移量为F_h，相应的阴极工具12的水平位移量F_s，两者的关系满足以下的公式：

F_s＝F_h×tanθ

运动过程中，阴极工具12与回转体阳极工件13的距离为J，则J可由以下公式计算得出：

Claims (6)

1.一种回转体内型腔电解加工转接装置的设计方法，其特征是，回转体内型腔电解加工转接装置结构包括与机床主轴(14)连接的锥台(15)、若干阴极夹持块(2)、阳极工件(13)、支撑板(5)，所述锥台(15)呈上大下小结构，其锥面均匀分布有若干组外凸的轨道，形成锥形导轨(1)；所述支撑板(5)呈圆形，其上表面沿其径向设有用于放置阴极夹持块(2)的V面；所述阴极夹持块(2)的一端设有与锥形导轨配合的滑块(7)，另一端安装有与回转体内型腔匹配的阴极工具(12)，所述阴极夹持块(2)内具有空腔，其侧壁设有电解液的进液口(3)；通过机床主轴(14)驱动锥台(15)下行，锥形导轨(1)与滑块(7)配合，使阴极夹持块(2)沿V面水平位移，促使阴极工具(12)水平位移，将阴极工具(12)的形状拷贝到阳极工件(13)内表面，回转体内型腔加工完成；设计包括以下步骤：

1)根据工件图纸，确定阳极工件(13)的底径d、型腔的加工深度g、阳极工件(13)内表面型腔的个数n以及其大小尺寸；

2)根据阳极工件(13)待加工型腔结构确定阴极工具的形状和尺寸，阴极工具、阴极夹持块(2)的个数与待加工型腔个数n一致；由阴极工具的尺寸设计阴极夹持块(2)的半径r；在滑块下端设有互相接触的限位面，该限位面与滑块侧面的角度为确定阴极夹持块(2)的长度c、阴极工具的厚度b、滑块的底面长度m以及极限状态下回转中心到滑块斜面结构底边的距离e，其总和应满足：

3)支撑板(5)上的V面个数n，与阴极夹持块(2)个数相一致，V面角度为α，其数值在80°-100°之间，每个V面上有两个凸起的V形支撑板，凸起厚度约为2-3mm；支撑板(5)上平面到V形支撑板底端距离为L，则此时，阴极夹持块(2)中心到支撑板(5)上平面的垂直距离h₁可表示为：

此时，与阴极夹持块(2)固接的滑块，其下平面距阴极夹持块(2)的距离h₂应小于h₁，防止加工过程中发生干涉；

4)锥形导轨的上方最大轴线距离为h₃，下方最大轴线距离为a，锥度为θ，其具体尺寸可根据实际情况，由经验设计得出，其大小应为加工工件的1/6-1/4，滑块的端面为与椎台的锥面相同斜度的长方形，且具有与锥形导轨匹配的T型导槽；将n个滑块从锥形导轨上方滑入导轨，则当n个滑块7的限位面相互贴合，且阴极夹持块(2)圆柱面与V形支撑板(4)相切时，此时锥形导轨底端到支撑板的距离s为：

5)在支撑板上设有导向柱，根据锥形导轨有效的下行距离，确定导向柱的长度Q，避免在提供竖直运动中不会因为导向柱过短而脱离的情况，应Q>s,为使在加工过程中，阴极夹持块(2)始终与侧V形支撑板接触，内侧V形支撑板的内面与支撑板的距离h₄应当满足：

m+a<h₄<a+s×tanθ；

V形支撑板的内面与支撑板的距离h₅应当满足：

h₅<m+a+c；

6)在加工过程中，锥形导轨的竖直下移量为F_h，通过转向装置带动阴极工具的水平位移量为F_s，两者的关系满足以下的公式：

F_s＝F_h×tanθ；

运动过程中，阴极工具(12)与阳极工件(13)内表面的距离为J，则：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述滑块(7)端面为与锥台(15)锥面相匹配的斜面结构，该斜面结构上设有与锥形导轨(1)相匹配的T型导槽(8)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述滑块(7)的斜面结构底部两侧分别设有限位面(9)，该限位面(9)相对于滑块(7)的斜面结构倾斜布置，以便滑块滑(7)至锥形导轨(1)底部时，相邻两个滑块(7)的限位面(9)相互贴合，防止滑块(7)与锥形导轨(1)脱离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述锥台(15)底部中心位置设有导向柱孔(10)，所述支撑板(5)中部设有与导向柱孔匹配的导向柱(11)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述支撑板(5)的V面上设有凸起的V形支撑板(4)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述阴极夹持块(2)顶部设有对正线(6)，以便阴极工具找正。