CN113182626B - 一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具 - Google Patents

一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，属于复合电解加工技术领域。包括绳索驱动机构、阴极机构、箱式的防护罩和T型槽工作台；绳索驱动机构包括三只电机和三根柔性绝缘绳索；阴极机构包括阴极本体、端盖、进液管和碳刷；阴极本体的内表面设有绝缘层，阴极本体的磨头外表面镶嵌设有一层金刚石磨粒，且磨头上开设有两个以上的出液孔；阴极机构由自身的重力保证其处于竖直状态；三根柔性绝缘绳索分别活动连接着阴极机构，实现控制阴极机构的运动轨迹。本发明在加工过程中，电解液三个出液口中高速喷出所形成的反冲力F的切向分力Ft作用于阴极本体上驱动阴极机构旋转实现电解磨削加工，与传统的电机驱动相比，结构简单且降低了加工成本。

Description

一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具
技术领域
本发明属于复合电解加工技术领域，具体涉及一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具。
背景技术
随着机械制造业的快速发展，大量高强度、高硬度的难加工合金材料的应用越来越广泛，对零件的加工精度和表面质量要求也越来越高，越来越多的产品采用性能优异的复杂曲面结构。由于这些合金材料优良的物理化学性能及曲面零件结构的复杂性，使得其加工变得异常困难。传统的机械加工不仅效率低，而且对工具的损耗也异常严重。
电解磨削是由电解作用和机械磨削作用相复合而进行加工的。在电解磨削过程中，工具磨头接电源的负极，工件接电源的正极，在阳极工件表面由于电化学的作用会形成一层钝化膜，由工具磨头一边旋转一边进给靠磨削作用去除钝化膜并整平工件表面。与电解加工相比，电解磨削具有较好的加工精度和表面粗糙度，与机械磨削相比，具有较高的生产率。该方法由于具有可加工高硬度材料、加工效率高、加工精度和表面质量好、工具磨头损耗量小等优点，在生产中已经被用来加工一些高硬度的零件。
现有的电解磨削设备可分为电解工具磨床、卧式或立式电解平面磨床、电解外圆磨床、电解内圆磨床及电解成形磨床。与普通磨床相比，电解磨床带有直流电源及电解液供给系统，工具与工件间绝缘。这些设备的工具阴极主要是导电砂轮，驱动方式也都为传统的电机驱动，且仅适用于平面加工、扩孔加工和抛光加工。对于一些复杂曲面零件的加工，其加工柔性不足，不能够满足加工要求，因此迫切需要一种具有良好柔性的电解磨削加工工具。
发明内容
为了改善上述现有技术所存在的不足之处，针对复杂曲面零件的电解磨削加工，本发明提供一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具。
一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具包括绳索驱动机构、阴极机构3、箱式的防护罩2和T型槽工作台1；
所述绳索驱动机构包括三只电机8和三根柔性绝缘绳索4；三只电机8设于防护罩2的顶部；三根柔性绝缘绳索4的一端分别绕设在对应电机8输出轴的卷筒6上；
所述阴极机构3包括阴极本体31、端盖35、进液管36和碳刷37；所述阴极本体31为一端敞口，另一端封闭的圆筒状；阴极本体31的内表面设有绝缘层；所述封闭端为半球状的磨头，磨头的外表面镶嵌设有一层金刚石磨粒39，所述磨头上开设有两个以上的出液孔311；所述端盖35设于阴极本体31的敞口端，所述进液管36的一端通过轴承机构设于端盖35内，进液管36的出口位于阴极本体31内；实现阴极本体31相对于进液管36的转动；三根柔性绝缘绳索4的另一端分别活动连接着端盖35外部的进液管36中部；
所述碳刷37通过碳刷支架38固定设于阴极本体31的外部一侧；
所述阴极机构3位于防护罩2内，由自身的重力保证其处于竖直状态；所述三根柔性绝缘绳索4的另一端分别活动连接着端盖35，实现控制阴极机构3的运动轨迹；所述进液管36的另一端连通着输液管7，输液管7随阴极机构3的移动而移动；
所述防护罩2固定设于T型槽工作台1上。
进一步地具体技术方案如下：
所述电机8为伺服电机。
所述进液管36一端有内螺纹，与宝塔接头9一端之间通过螺纹连接；输液管7为软管，与宝塔接头9另一端之间通过喉箍锁紧连接着输液管7。
所述半球状的磨头直径为10mm、磨头处的壁厚为2～3mm，磨头上均布开设有三个出液孔311，三个出液孔311均为斜孔。
所述三个出液口311的轴线方向与其所在位置径向力Fr、切向力Ft和轴向力Fa的方向均成30度角。
所述碳刷支架38为L型支架，L型支架的一端固定连接着进液管36的中部，L型支架的另一端固定连接着碳刷37，碳刷37的刷头与阴极本体31的外圆柱面接触。
所述碳刷37通过导电铜片371与电源负极连接。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明的电解磨削加工工具在加工过程中，电解液由阴极工作面上的三个出液口中高速喷出所形成的反冲力F的切向分力Ft作用于阴极本体上驱动阴极机构旋转实现电解磨削加工，与传统的电机驱动相比，结构简单且降低了加工成本。
2.本发明由三个伺服电机联动控制三根柔性绝缘绳索的收放从而控制阴极机构的移动，使之达到理想的位置进行加工，避免了使用传统的丝杠导轨机构，降低成本的同时提高了系统的柔性，有利于复杂曲面零件的加工。
3.本发明为电解磨削加工工具，加工过程中不受材料强度、硬度的限制，加工效率高，表面质量好，阴极磨头损耗量较小。同时，本发明具有结构简单，加工范围广，工具柔性好，成本低等特点，对于复杂曲面零件的加工具有较高的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为阴极机构的结构示意图。
图3为阴极机构的剖示图。
图4为进液管、宝塔接头和输液管配合连接示意图。
图5为图3的A-A剖视图。
图6为阴极本体出液口所在截面的受力分析图。
图7为本发明的加工状态图。
上图中序号：T型槽工作台1、箱式的防护罩2、阴极机构3、柔性绝缘绳索4、限位环5、卷筒6、输液管7、伺服电机8、宝塔接头9、带孔弹簧扣10、吊环11、工件12、喉箍13、阴极本体31、密封圈32、轴承座33、滚动轴承34、端盖35、进液管36、碳刷37、碳刷支架38、金刚石磨粒39、出液口311、碳刷导电铜片371。
具体实施方案
下面结合附图，通过具体实施例对本发明做如下详细介绍。
参见图1，一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具包括绳索驱动机构、阴极机构3、箱式的防护罩2和T型槽工作台1。
绳索驱动机构包括三只电机8和三根柔性绝缘绳索4。三只电机8固定安装于防护罩2的顶部，三只电机8均为伺服电机。三根柔性绝缘绳索4的一端分别绕设在对应的电机8输出轴的卷筒6上。防护罩2固定安装在T型槽工作台1上。
参见图2，阴极机构3包括阴极本体31、端盖35、进液管36和碳刷37。阴极本体31为一端敞口，另一端封闭的圆筒状；阴极本体31的内表面设有绝缘层；阴极本体31的封闭端为半球状的磨头，磨头的外表面镶嵌设有一层金刚石磨粒39，金刚石磨粒39用来去除由于电化学作用在工件12表面所形成的阳极钝化膜并整平工件12表面，使之具有良好的表面质量。磨头上开设有三个出液孔311。半球状的磨头直径为10mm、磨头处的壁厚为2.5mm，磨头上均布开设的三个出液孔311均为斜孔，三个出液口311的轴线方向与其所在位置径向力Fr、切向力Ft和轴向力Fa的方向均成30度角。见图5和图6。参见图3，端盖35安装于阴极本体31的敞口端，进液管36的一端通过轴承机构安装于端盖35内，且进液管36的出口位于阴极本体31内，实现阴极本体31相对于进液管36的转动。三根柔性绝缘绳索4的另一端分别通过铰链连接着端盖35外部的进液管36中部。
参见图4，进液管36一端有内螺纹，与宝塔接头9一端之间通过螺纹连接；输液管7为软管，与宝塔接头9另一端之间通过喉箍锁紧连接着输液管7。
参见图2，碳刷37通过碳刷支架38固定安装于阴极本体31的外部一侧。碳刷支架38为L型支架，L型支架的一端固定连接着进液管36的中部，L型支架的另一端固定连接着碳刷37，碳刷37的刷头与阴极本体31的外圆柱面接触。碳刷37通过导电铜片371与电源负极连接。碳刷型号为AS60-2B KIMBO。碳刷支架38由亚克力板制成，亚克力板耐腐蚀且质量较轻，不会对阴极机构3运动的平稳性产生影响。
参见图1，阴极机构3位于防护罩2内，由自身的重力保证其处于竖直状态；进液管36的另一端连通着输液管7，输液管7随阴极机构3的移动而移动。
参见图7，工件12放置于T型槽工作台1上，由压板和螺栓夹紧，阳极导电铜片由螺栓固定在工件12上，与电源正极相连。三只伺服电机8之间需要联动控制，这样才能保证三根柔性绝缘绳索4带动阴极机构3前后、左右、上下运动到理想的位置，从而避免使用传统的丝杠导轨机构，减少了成本且提高了系统的柔性。
参见图6，电解液从三个出液口311中高速喷出冲走产物，同时所形成的反冲力F的切向分力Ft作用于阴极本体31上驱动阴极机构3旋转实现电解磨削加工，径向分力Fr满足三力平衡，从而保证阴极机构3旋转时不会倾斜，轴向分力Fa竖直向上，由阴极机构3自身的重力平衡。
本发明的工作过程详细说明如下：
步骤（1），将柔性绝缘绳索4头部的带孔弹簧扣10扣在吊环11上，连接阴极机构3，输液管7通过宝塔接头9与进液管36相连，将电源负极接在碳刷37尾部的导电铜片371上。
步骤（2），待加工的工件12由压板固定在T型槽工作台1上，将电源正极接在阳极导电铜片上。
步骤（3），通入电解液，接通电源，电解液从三个出液口311中高速喷出所形成的反冲力F的切向分力Ft作用于阴极本体31上驱动阴极机构3旋转实现电解磨削加工，三根柔性绝缘绳索4由三个伺服电机8联动控制其收放运动，带动阴极机构3移动到合适的加工位置，进行电解磨削加工。
步骤（4），关闭电源，停止通入电解液，伺服电机8带动阴极机构3退出加工区，完成工件12的电解磨削加工。

Claims (7)

1.一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，其特征在于：包括绳索驱动机构、阴极机构（3）、箱式的防护罩（2）和T型槽工作台（1）；
所述绳索驱动机构包括三只电机（8）和三根柔性绝缘绳索（4）；三只电机（8）设于防护罩（2）的顶部；三根柔性绝缘绳索（4）的一端分别绕设在对应电机（8）输出轴的卷筒（6）上；
所述阴极机构（3）包括阴极本体（31）、端盖（35）、进液管（36）和碳刷（37）；所述阴极本体（31）为一端敞口，另一端封闭的圆筒状；阴极本体（31）的内表面设有绝缘层；所述封闭端为半球状的磨头，磨头的外表面镶嵌设有一层金刚石磨粒（39），所述磨头上开设有两个以上的出液孔（311）；所述端盖（35）设于阴极本体（31）的敞口端，所述进液管（36）的一端通过轴承机构设于端盖（35）内，进液管（36）的出口位于阴极本体（31）内；实现阴极本体（31）相对于进液管（36）的转动；三根柔性绝缘绳索（4）的另一端分别活动连接着端盖（35）外部的进液管（36）中部；
所述碳刷（37）通过碳刷支架（38）固定设于阴极本体（31）的外部一侧；
所述阴极机构（3）位于防护罩（2）内，由自身的重力保证其处于竖直状态；所述三根柔性绝缘绳索（4）的另一端分别活动连接着端盖（35），实现控制阴极机构（3）的运动轨迹；所述进液管（36）的另一端连通着输液管（7），输液管（7）随阴极机构（3）的移动而移动；
所述防护罩（2）固定设于T型槽工作台（1）上。
2.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，其特征在于：所述电机（8）为伺服电机。
3.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，其特征在于：所述进液管（36）一端有内螺纹，与宝塔接头（9）一端之间通过螺纹连接；所述输液管（7）为软管，与宝塔接头（9）另一端之间通过喉箍锁紧连接着输液管（7）。
4.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，其特征在于：所述半球状的磨头直径为10mm、磨头处的壁厚为2～3mm，磨头上均布开设有三个出液孔（311），三个出液孔（311）均为斜孔。
5.根据权利要求4所述的一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，其特征在于：所述三个出液孔（311）的轴线方向与其所在位置径向力Fr、切向力Ft和轴向力Fa的方向均成30度角。
6.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，其特征在于：所述碳刷支架（38）为L型支架，L型支架的一端固定连接着进液管（36）的中部，L型支架的另一端固定连接着碳刷（37），碳刷（37）的刷头与阴极本体（31）的外圆柱面接触。
7.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的柔性电解磨削加工工具，其特征在于：所述碳刷（37）通过导电铜片（371）与电源负极连接。
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