CN112589216B - 一种旋印电解加工间隙在线检测装置及方法 - Google Patents

一种旋印电解加工间隙在线检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旋印电解加工间隙在线检测装置及方法。该装置包括：机床底座、检测装置支架，水平方向运动部件、竖直方向运动部件、连接杆、轮廓测量探头、阳极工件以及阴极工具；水平方向运动部件用于带动轮廓测量探头实现水平X方向运动；竖直方向运动部件用于带动轮廓测量探头实现水平Z方向运动；轮廓测量探头用于实时在线检测机匣外轮廓的变化。本发明能够满足圆柱、圆锥段等不同结构的检测，既可以获得工件一圈过程中加工间隙分布趋势，也可以获得某一点的加工间隙变化趋势；还能够实现旋印电解加工过程中的加工间隙的实时在线监测，对于机匣零件不同高度处的轮廓均可实现在线检测。

Description

一种旋印电解加工间隙在线检测装置及方法
技术领域
本发明涉及电解加工领域，特别是涉及一种旋印电解加工间隙在线检测装置及方法。
背景技术
电解加工是基于电化学阳极溶解去除工件材料，加工过程中具有无工具损耗、不存在加工应力、加工效率高、加工表面质量好等优点，尤其适用镍基高温合金、钛合金等难加工材料。目前已在航空、航天等领域得到广泛应用。
电解加工是一种非接触式的加工方式，加工间隙对电解加工精度起着很大的影响，通过对其的精准检测可以实现精密加工。但是由于电解加工间隙很小，且加工间隙内有电解产物、电解液、气泡等，难以对加工间隙进行在线监测。目前多是采用仿真方法预测加工间隙，或者是通过测量初始和最终两个状态的间隙。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种旋印电解加工间隙在线检测装置及方法，用以实现机匣的高效精密加工。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种旋印电解加工间隙在线检测装置，包括：机床底座、检测装置支架，水平方向运动部件、竖直方向运动部件、连接杆、轮廓测量探头、阳极工件以及阴极工具；
所述检测装置支架设置在所述机床底座上；
所述水平方向运动部件通过螺栓固定在所述检测装置支架上，所述水平方向运动部件用于带动所述轮廓测量探头实现水平X方向运动；
所述竖直方向运动部件通过螺栓固定在所述水平方向运动部件上，所述竖直方向运动部件用于带动所述轮廓测量探头实现水平Z方向运动；
所述连接杆的一端与所述竖直方向运动部件连接；所述轮廓测量探头设置在所述连接杆的另一端，所述轮廓测量探头用于实时在线检测机匣外轮廓的变化；
所述阳极工件固定在机床下轴上，所述阴极工具固定在机床上轴上。
可选的，所述水平方向运动部件包括通过螺栓固定在所述检测装置支架上的水平滑轨、第一丝杠以及水平运动驱动电机。
可选的，所述竖直方向运动部件包括竖直运动支座、竖直运动滑轨、第二丝杠、竖直运动驱动手轮以及竖直运动托盘；
所述竖直运动支座通过螺栓固定在所述水平滑轨上；所述竖直运动滑轨、所述第二丝杠以及所述竖直运动驱动手轮通过螺栓固定在所述竖直运动支座上；所述竖直运动托盘通过螺栓固定在所述竖直运动滑轨上；所述连接杆的一端与竖直运动托盘相连接。
可选的，所述轮廓测量探头为接触式探头。
可选的，所述轮廓测量探头为非接触式探头。
本发明还提供了一种旋印电解加工间隙在线检测方法，所述方法应用上述的检测装置，所述检测方法包括：
旋印电解加工进行前，阳极工件固定在机床下轴上，阴极工具固定在机床上轴上；标定轮廓测量探头与被加工工件的相对位置，包括水平和竖直方向的相对位置，得到工件表面起始测量点的坐标(X0,Z0)；
旋印电解加工进行时，阳极工件与阴极工具同步对转，且阴极工具以恒定速率沿阳极表面法线方向进给；加工过程中，阳极工件表面材料被去除，阴极工具表面窗口对应的工件表面加工出凸台结构，测量点的坐标(X,Z)被轮廓测量探头重新获得，获得加工过程中相同高度位置工件表面的材料去除量ΔX：
ΔX＝X-X0
根据初始加工间隙G0、阴极工具的进给速率V、加工时间t以及材料去除量ΔX，实时监测加工间隙G。
可选的，在旋印电解加工过程中，回转体表面的材料在每一个旋转周期内是均匀去除的，加工间隙处的材料去除量和测量点的材料去除量是一致的。
可选的，G的表达式如下：
对于圆柱形的机匣零件：
G＝G0+ΔX-Vt
对于圆锥形的机匣零件：
G＝G0+ΔX×cos(α)-Vt
其中，Vt表示t时刻的给进速率α为圆锥零件锥角的一半。
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：
(1)本发明能够满足圆柱、圆锥段等不同结构的检测，既可以获得工件一圈过程中加工间隙分布趋势，也可以获得某一点的加工间隙变化趋势；
(2)本发明能够实现旋印电解加工过程中的加工间隙的实时在线监测，对于机匣零件不同高度处的轮廓均可实现在线检测，这对于提高旋印电解加工精度和实现薄壁机匣零件的加工具有重要意义。
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为本发明实施例旋印电解加工间隙在线检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例圆柱形机匣外轮廓在线检测示意图；
图3为本发明实施例圆锥形机匣外轮廓在线检测示意图；
图4为本发明实施例加工间隙实时检测的原理图；
符号说明：1-机床底座、2.-检测装置支架、3-水平滑轨、4-第一丝杠、5-竖直运动驱动手轮、6-水平运动驱动电机、7-竖直运动支座、8-第二丝杠、9-竖直运动滑轨、10-竖直运动托盘、11-连接杆、12-轮廓测量探头、13-阳极工件、14-阴极工具。
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旋印电解加工间隙在线检测装置及方法，用以实现机匣的高效精密加工。
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，本发明公开的旋印电解加工间隙在线检测装置包括：机床底座1、检测装置支架2，水平方向运动部件、竖直方向运动部件、连接杆11、轮廓测量探头12、阳极工件13以及阴极工具14。
机床底座1所采用的是绝缘、防腐蚀的大理石材料。所述检测装置支架2设置在所述机床底座1上；所述水平方向运动部件通过螺栓固定在所述检测装置支架2上，所述水平方向运动部件用于带动所述轮廓测量探头12实现水平X方向运动；所述竖直方向运动部件通过螺栓固定在所述水平方向运动部件上，所述竖直方向运动部件用于带动所述轮廓测量探头12实现水平Z方向运动。
所述水平方向运动部件包括通过螺栓固定在所述检测装置支架2上的水平滑轨3、第一丝杠4以及水平运动驱动电机6。
所述竖直方向运动部件包括竖直运动支座7、竖直运动滑轨9、第二丝杠8、竖直运动驱动手轮5以及竖直运动托盘10。所述竖直运动支座7通过螺栓固定在所述水平滑轨3上；所述竖直运动滑轨9、所述第二丝杠8以及所述竖直运动驱动手轮5通过螺栓固定在所述竖直运动支座7上。所述竖直运动托盘10通过螺栓固定在所述竖直运动滑轨9上。
所述连接杆11的一端与竖直运动托盘相连接，所述轮廓测量探,12设置在所述连接杆11的另一端，所述轮廓测量探头12用于实时在线检测机匣外轮廓的变化。所述轮廓测量探头12可以是接触式的也可以是非接触式的，接触式采用的是红宝石探头，非接触式采用的是激光测量探头。
所述阳极工件13固定在机床下轴上，所述阴极工具14固定在机床上轴上。
本发明还提供了一种旋印电解加工间隙在线检测方法，所述方法应用上述的检测装置，所述检测方法包括：
(a)旋印电解加工进行前，阳极工件固定在机床下轴上，阴极工具固定在机床上轴上；标定轮廓测量探头与被加工工件的相对位置，包括水平和竖直方向的相对位置，得到工件表面起始测量点的坐标(X0,Z0)。
(b)旋印电解加工进行时，阳极工件与阴极工具同步对转，且阴极工具以恒定速率沿阳极表面法线方向进给；加工过程中，阳极工件表面材料被去除，阴极工具表面窗口对应的工件表面加工出凸台结构，测量点的坐标(X,Z)被轮廓测量探头重新获得，获得加工过程中相同高度位置工件表面的材料去除量ΔX：
ΔX＝X-X0
(c)根据初始加工间隙G0、阴极工具的进给速率V、加工时间t以及材料去除量ΔX，实时监测加工间隙G。在旋印电解加工过程中，回转体表面的材料在每一个旋转周期内是均匀去除的，加工间隙处的材料去除量和测量点的材料去除量是一致的。
G的表达式如下：
对于圆柱形的机匣零件：
G＝G0+ΔX-Vt
对于圆锥形的机匣零件：
G＝G0+ΔX×cos(α)-Vt
其中，Vt表示t时刻的给进速率，α为圆锥零件锥角的一半。
旋印电解加工进行时，工件与工具同步对转，且工具以恒定速率沿阳极表面法线方向进给；轮廓测量探头可以利用X方向的运动机构进行水平方向位置的标定，可以满足不同直径机匣外轮廓的测量；与此同时，可以利用Y方向的运动机构进行水平方向位置的标定，可以满足不同高度机匣外轮廓的测量；既可以测圆柱形工件，如图2，也可以测圆锥形工件，如图3。
可以测量任意时刻的工件表面标定点的坐标的变化值，进而获得材料的材料去除量ΔX，如图4。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种旋印电解加工间隙在线检测方法，其特征在于，所述方法应用于一种旋印电解加工间隙在线检测装置，所述装置包括：机床底座、检测装置支架、水平方向运动部件、竖直方向运动部件、连接杆、轮廓测量探头、阳极工件以及阴极工具；
所述检测装置支架设置在所述机床底座上；
所述水平方向运动部件通过螺栓固定在所述检测装置支架上，所述水平方向运动部件用于带动所述轮廓测量探头实现水平X方向运动；
所述竖直方向运动部件通过螺栓固定在所述水平方向运动部件上，所述竖直方向运动部件用于带动所述轮廓测量探头实现竖直Z方向运动；
所述连接杆的一端与所述竖直方向运动部件连接；所述轮廓测量探头设置在所述连接杆的另一端，所述轮廓测量探头用于实时在线检测机匣外轮廓的变化；
所述阳极工件固定在机床下轴上，所述阴极工具固定在机床上轴上；
所述检测方法包括：
旋印电解加工进行前，阳极工件固定在机床下轴上，阴极工具固定在机床上轴上；标定轮廓测量探头与被加工工件的相对位置，包括水平和竖直方向的相对位置，得到工件表面起始测量点的坐标(X0,Z0)；
旋印电解加工进行时，阳极工件与阴极工具同步对转，且阴极工具以恒定速率沿阳极表面法线方向进给；加工过程中，阳极工件表面材料被去除，阴极工具表面窗口对应的工件表面加工出凸台结构，测量点的坐标(X,Z)被轮廓测量探头重新获得，获得加工过程中相同高度位置工件表面的材料去除量ΔX：
ΔX＝X-X0
根据初始加工间隙G0、阴极工具的进给速率V、加工时间t以及材料去除量ΔX，实时监测加工间隙G。
2.根据权利要求1所述的旋印电解加工间隙在线检测方法，其特征在于，所述水平方向运动部件包括通过螺栓固定在所述检测装置支架上的水平滑轨、第一丝杠以及水平运动驱动电机。
3.根据权利要求2所述的旋印电解加工间隙在线检测方法，其特征在于，所述竖直方向运动部件包括竖直运动支座、竖直运动滑轨、第二丝杠、竖直运动驱动手轮以及竖直运动托盘；
所述竖直运动支座通过螺栓固定在所述水平滑轨上；所述竖直运动滑轨、所述第二丝杠以及所述竖直运动驱动手轮通过螺栓固定在所述竖直运动支座上；所述竖直运动托盘通过螺栓固定在所述竖直运动滑轨上；所述连接杆的一端与竖直运动托盘相连接。
4.根据权利要求1所述的旋印电解加工间隙在线检测方法，其特征在于，所述轮廓测量探头为接触式探头。
5.根据权利要求1所述的旋印电解加工间隙在线检测方法，其特征在于，所述轮廓测量探头为非接触式探头。
6.根据权利要求1所述的旋印电解加工间隙在线检测方法，其特征在于，在旋印电解加工过程中，回转体表面的材料在每一个旋转周期内是均匀去除的，加工间隙处的材料去除量和测量点的材料去除量是一致的。
7.根据权利要求1所述的旋印电解加工间隙在线检测方法，其特征在于，G的表达式如下：
对于圆柱形的机匣零件：
G＝G0+ΔX-Vt
对于圆锥形的机匣零件：
G＝G0+ΔX×cos(α)-Vt
其中，Vt表示t时刻的给进速率α为圆锥零件锥角的一半。
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