CN113385761B - 一种渐变孔径多孔结构电解加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种渐变孔径多孔结构电解加工装置，该装置具有获取模块、分割模块、进给模块、变径电极、运动电极、孔径调节模块、夹持模块，能提高同时加工多种渐变孔径深孔的效率，通过运动电极和变径电极的配合，在加工多种渐变孔径深孔的同时促进电解液和电解产物的排出，提高电解加工效率。

Description

一种渐变孔径多孔结构电解加工装置
技术领域
本发明涉及电解加工技术领域，特别涉及一种渐变孔径多孔结构电解加工装置。
背景技术
在电解加工工作中，通常采用控制脉冲电压的大小来控制工具电极加工孔径的大小。当需要扩大工具电极的加工孔径时，增加工具电极脉冲电压，以获得较大的加工孔径；但增加脉冲电压时，容易击穿工具电极和工件之间的加工间隙，造成被加工工件的内壁和工具电极直接短路，两者在短路后会引起工具电极和工件烧伤，造成工具电极和工件损失，影响电解工作正常进行，降低工作效率；其次，在一些工件上需要加工多个相同的变径深孔，亦或是加工多个不同的变径深孔深孔，如精细喷嘴、多孔结构等，采用单个工具电极加工效率极低，而采用多个工具电极加工时又比较难以控制变径过程，无法保证加工精度。因此需要对现有电解加工变径孔的装置进行进一步的改进。
发明内容
为了克服上述问题，本发明采用了如下技术方案：
本发明还包括一种渐变孔径多孔结构电解加工装置，所述渐变孔径多孔结构电解加工装置包括：获取模块，用于渐变孔径多孔结构模型，获取渐变孔径的数量和每个渐变孔径的参数；获取所述单元模型；
分割模块，用于对所述渐变孔径多孔结构模型按单元模型为分割单位进行分割，把所述渐变孔径多孔结构模型分割成若干个单元模型；具体的，依据获取的渐变孔径多孔结构模型，获取所述渐变孔径多孔结构模型上渐变孔径深孔的数量和渐变孔径的参数；依据调用进给模块的数量对渐变孔径深孔的数量进行等分，获取整个加工周期内单次加工周期的次数及单次加工周期内渐变孔径深孔的位置；依据单次加工周期内的所有渐变孔径深孔组成的区域对所述渐变孔径多孔结构模型进行分割，得到单个单元模型；
进给装置，所述装置上设有多个独立控制的进给模块，所述进给模块用于控制工具电极的进给量并控制工具电极的转动；控制工具电极的回退量，形成加工间隙；加工过程中控制工具电极上的变径电极的进给速度和加工时长以完成渐变孔径深孔的加工；
变径电极，设于工具电极的下方，用于对渐变孔径的深孔进行加工，包括若干个单位阴极，相邻的两个单位阴极之间设有弹性连接部；变径电极内设有运动空腔；
运动电极，用于改变所述变径电极的大小，所述运动电极嵌套在所述变径电极内部的运动空腔内，所述运动电极与所述孔径调节模块相连接；
孔径调节模块，用于带动运动电极运动，进而改变变径电极的大小；
夹持模块，用于夹持所述待加工工件，完成其中一个单元模型对应的工件区域电解加工后，所述夹持模块沿着所述预设方向的反方向运动，把下一个单元模型对应的工件加工区域输送到加工位置。
进一步的，所述运动空腔为圆台形空腔且圆台形的锥角为ɑ。
进一步的，所述运动电极为圆台形电极且锥角为ɑ，所述运动电极嵌套在所述运动空腔内。
本发明至少具备以下有益效果：
1.本发明通过以单元模型为分割单位对所述渐变孔径多孔结构模型进行分割，把所述渐变孔径多孔结构模型分割成若干个单元模型，使用孔径调节模块依次对所述单元模型对应的渐变孔径加工区域进行电解加工，获得渐变孔径多孔结构。在电解加工的过程中，根据进给模块的进给量调用所述孔径调节模块调节工具电极的大小加工渐变孔径深孔，能同时加工多种不同渐变孔径的深孔，提高电解加工变径深孔的效率。
2.本发明通过设置进给模块和孔径调节模块，通过分别独立控制各个进给模块和相对应的孔径调节模块，当进给模块进给速度相同的情况下，控制各个相对应的孔径调节模块的带动运动电极的运动速度和运动时间，能加工深度相同、渐变孔径相同的深孔；也可加工深度相同、渐变孔径不同的深孔。同时，在进给模块进给速度不同的情况下，控制各个相对应的孔径调节模块的带动运动电极的运动速度和运动时间，能加工深度不相同、渐变孔径相同的深孔；也可加工深度不相同、渐变孔径不同的深孔。根据加工工件的需求，可同时加工多种深孔结构，多方面满足工件的加工需求。
3.通过设置运动电极和变径电极，在实现加工不同渐变孔径深孔的基础上，通过两者相互配合运动中，一方面在运动电极对其下方的工件进行电解加工过程中，当运动电极进入到变径电极内后，运动电极与下方的工件的间隙增大，利于电解液和电解产物从运动电极和下方的工件的间隙中流动排出；另一方面，当运动电极在变径电极的运动空腔中运动使变径电极的加工直径变大后，加工直径变大后的变径电极对周侧深孔的内壁进行二次电解加工，扩大加工的孔径；而当运动电极向变径电极的运动空腔外运动退出且未完全退出时，此时变径电极与深孔的内壁间隙增大，同时运动电极与下方的工件的间隙也大于运动电极正常电解加工时的间隙，此时更加利于电解液和电解产物的排出，电解液顺利排出并得到更新，进而提高电解加工的效率，提高加工的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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为本发明中渐变孔径多孔结构工件结构示意图；
图2为本发明工件渐变孔径多孔结构模型示意图；
图3为本发明中单元模型结构图；
图4为本发明中加工出的渐变孔径深孔结构图；
图5为本发明中运动电极和变径电极配合结构示意图；
图6为本发明中运动电极和变径电极加工出的电解液通道对比示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-6，本发明还提供了一种渐变孔径多孔结构电解加工装置，其中渐变孔径多孔结构电解加工装置包括：获取模块，用于渐变孔径多孔结构模型，获取渐变孔径的数量和每个渐变孔径的参数；获取所述单元模型；单元模型具体为工件1整体结构模型的一部分，由于加工工件1的体积、形状及加工模块数量等因素的影响，通过电解加工装置往往并不能一次性的把所有表面的深孔加工出来。在实际电解加工操作中，往往先对工件1的一部分进行加工，然后再通过夹持模块改变工件1 的位置，把未加工的位置暴露在电解加工装置下再次进行加工；如此反复，完成对整个工件1的加工；在通过绘图软件获得渐变孔径多孔结构模型后，先获取单元模型的结构，把整个空腔结构模型分割成多个单元模型，依次按着单元模型对工件1进行加工，最终完成整个工件的加工。
在根据工件1的具体形状，通过绘图软件获取到渐变孔径多孔结构模型的基础上，把需要电解加工的变径深孔的数量和具体位置一一构建到空腔结构模型上；在渐变孔径多孔结构模型的加工位置确定好后，通过构建的加工位置，借用绘图软件获得加工位置处在工件表面上的中心点且获取该加工点的三维空间坐标；该加工点的三维空间坐标用于在调用进给模块3上的工具电极2对加工位置进行加工时，通过加工点的三维空间坐标，控制进给模块3的进给量，使工具电极2到达加工处并与加工点相接触，一方面为同时加工多个深孔做好准备，另一方面为工具电极回退，形成加工间隙做好准备。
本实施例中工件1为圆盘形，工件3上环形阵列设有6列待加工深孔，每列深孔的数量为5个；首先确定调用进给模块3的数量，在进给装置上的进给模块3的数量不小于5个时，调用其中5个进给模块即可，然后对所有渐变孔径的数量进行等分；本实施例中，把每列5个待加工渐变孔径深孔与5个进给模块相对应，5个进给模块对5个渐变孔径深孔作为单次加工周期，即对工件1的整个加工周期内有6个单次加工周期，且能通过获取模块获取单次加工周期内渐变孔径深孔的位置以及每个渐变孔径深孔的具体参数，如加工深度、加工深度对应的孔径等。
分割模块，用于对所述渐变孔径多孔结构模型按单元模型为分割单位进行分割，把所述渐变孔径多孔结构模型分割成若干个单元模型；具体的，依据获取的渐变孔径多孔结构模型，获取所述渐变孔径多孔结构模型上渐变孔径深孔的数量和渐变孔径的参数；依据调用进给模块的数量对渐变孔径深孔的数量进行等分，获取整个加工周期内单次加工周期的次数及单次加工周期内渐变孔径深孔的位置；依据单次加工周期内的所有渐变孔径深孔组成的区域对所述渐变孔径多孔结构模型进行分割，得到单个单元模型；
在本实施例中，如图3所示的单元模型，以此单元模型为分割单位对整个渐变孔径多孔结构模型进行分割，分割成6个相同的单元模型。
而对于一些工件1而言，上面待加工的渐变孔径深孔的数量比较多时，而可调用进给模块3的数量小于单列上待加工的渐变孔径深孔数量时，在建立单元模型和分割时，会剩余一些渐变孔径深孔；此时在建立单元模型时，先依据进给模块上的数量对单列待加工的渐变孔径深孔数量进行分割，并如上述方式建立单元模型，然后在对整个渐变孔径多孔结构模型进行分割，得到多个单元模型；然后根据单列上剩余的渐变孔径深孔的数量进行二次单元模型的建立，且方法和单元模型的建立方法相同；具体的，如工件1上单列待加工孔径数量为8个，可调用进给模块3的数量为5个，则先按上述单元模型建立方法，以5个渐变孔径深孔建立单元模型并对渐变孔径多孔结构模型进行分割；每列剩余的3个渐变孔径深孔在进行二次单元模型的建立，具体的，调用5个进给模块中的3个对每列剩余的3个渐变孔径深孔进行加工，并以该列中3个剩余的渐变孔径深孔形成的区域为二次单元模型，并以二次单元模型对剩余的渐变孔径形成的区域进行二次分割，形成多个二次单元模型；同理当单列待加工渐变孔径深孔数量更多时，根据进给模块3的数量，进行多次单元模型的建立和对渐变孔径多孔结构模型进行相应的分割，然后以分割的相对应的单元模型为加工单元，依次对工件1进行加工；具体的，如工件1上单列待加工渐变孔径深孔的数量为12个，进给模块的数量为5个时，进行多次单元模块的建立，即一次单元模型上渐变孔径深孔的数量为5个，二次单元模型上渐变孔径深孔的数量为5个，三次单元模型上渐变孔径深孔的数量为2个，再以一次单元模型、二次单元模型、三次单元模型完成对渐变孔径多孔结构模型进行分割；加工时，先调用进给模块加工一次单元模型对应的工件1待加工区域，然后调用进给模块加工二次单元模型对应的工件1待加工区域，再调用进给模块加工三次单元模型对应的工件1待加工区域，如此依次完成整个工件1加工区域的加工工作。
进给装置，装置上设有多个独立控制的进给模块3，进给模块3用于控制工具电极2的进给量并控制工具电极2的转动；控制工具电极2的回退量，形成加工间隙；加工过程中控制工具电极2上的变径电极4的进给速度和加工时长以完成渐变孔径深孔的加工；
工具电极2包括运动电极4和变径电极5，如图5所示，具体的：
变径电极5，设于工具电极2的下方，用于对渐变孔径的深孔进行加工，包括若干个圆弧形的单位阴极9，相邻的两个单位阴极之间设有弹性连接部10；变径电极5内设有运动空腔7；运动空腔7为圆台形空腔且圆台形的锥角为ɑ。
运动电极4，用于改变变径电极5的加工直径，运动电极4嵌套在变径电极5内部的运动空腔7内，运动电极4与孔径调节模块6相连接；运动电极４为圆台形电极且锥角为ɑ，运动电极4嵌套在运动空腔7内，两者实现紧密套接。
孔径调节模块6，用于带动运动电极4运动，进而改变变径电极5的加工直径。孔径调节模块6通过伸缩装置和运动电极4转动连接；在运动电极4运动到运动空腔7内把变径电极5撑开后，在变径电极5转动的过程中带动运动电极4同步转动，防止两者差速转动产生摩擦。孔径调节模块6与运动电极4上方相连接，在变径电极5旋转过程中对周侧的深孔的内壁进行加工时，通过孔径调节模块6带动运动电极4在变径电极5的运动空腔内向上运动，随着运动电极4逐步向上运动，把变径电极5撑开，使变径电极5的加工直径变大，加工直径变大的变径电极5随着进给模块3的不断进给，相应的，变径电极5配合运动电极4加工出渐变孔径的深孔。
在加工渐变孔径深孔的过程中，通过进给模块3控制变径电极5从第一位置运动到第二位置，同时通过孔径调节模块6控制运动电极4相对于变径电极5的距离L，运动电极4在变径电极5的运动空腔7内运动距离为L并把变径电极4撑开，使变径电极4的加工直径发生变化；当变径电极5在第一位置时的加工直径为ｄ，在第二位置时的加工直径为D时，则D＝D=d+2tan（ɑ/2）*L，
其中，D为变径电极在第二位置的加工直径；
L为孔径调节模块带动运动电极向上运动的距离；
d为变径电极在第一位置时的加工直径；
ɑ为圆台形的运动电极的锥度。
进一步的，通过孔径调节模块，控制运动电极4在变径电极5的运动空腔7内运动距离L时的速度ｖ和时间ｔ，得出L=v*t，
其中，L为孔径调节模块带动运动电极向上运动的距离；
v为孔径调节模块带动运动电极向上运动的速度；
t为孔径调节模块带动运动电极向上运动的时间；
通过控制孔径调节模块6的运动速度和运动时间，进而可精准的控制运动电极4在变径电极5的运动空腔7内运动距离L，进而控制进给模块3带动变径电极5加工渐变孔径深孔；
进一步的，通过分别独立控制各个进给模块3和相对应的孔径调节模块6，当进给模块3进给速度相同的情况下，控制各个相对应的孔径调节模块6的带动运动电极4的运动速度和运动时间，能加工深度相同、渐变孔径相同的深孔；也可加工深度相同、渐变孔径不同的深孔。同时，在进给模块3进给速度不同的情况下，控制各个相对应的孔径调节模块6的带动运动电极4的运动速度和运动时间，能加工深度不相同、渐变孔径相同的深孔；也可加工深度不相同、渐变孔径不同的深孔。根据加工１工件的需求，可同时加工多种深孔结构，多方面满足工件１的加工需求，如图5所示。
进一步的，通过运动电极4和变径电极5动态的相对的运动过程中，在加工多种渐变孔径的同时，对加工间隙出的电解液、点解产物的排出也有更好的效果，进而能提高电解加工的效率。具体的如图6中（ａ）、（ｂ）、（ｃ）所示，一方面在运动电极4对其下方的工件1进行电解加工过程中，当运动电极4进入到变径电极5内后，运动电极4与下方的工件1的间隙增大，利于电解液和电解产物从运动电极4和下方的工件1的间隙中流动排出；另一方面，当运动电极4在变径电极5的运动空腔7中运动使变径电极5的加工直径变大后，加工直径变大后的变径电极5对周侧深孔的内壁进行二次电解加工，扩大加工的孔径；而当运动电极4向变径电极5的运动空腔7外运动退出且未完全退出时，此时变径电极5与深孔的内壁间隙增大，同时运动电极4与下方的工件1的间隙也大于运动电极4正常电解加工时的间隙，此时更加利于电解液和电解产物的排出，电解液顺利排出并得到更新，进而提高电解加工的效率，提高加工的质量。
夹持模块，用于夹持待加工工件1，完成其中一个单元模型对应的工件区域电解加工后，夹持模块沿着预设方向的反方向运动，把下一个单元模型对应的工件加工区域输送到加工位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (1)

1.一种渐变孔径多孔结构电解加工装置，其特征在于：所述渐变孔径多孔结构电解加工装置包括：
获取模块，用于获取渐变孔径多孔结构模型，获取渐变孔径深孔的数量和每个渐变孔径深孔的参数；获取单元模型；
分割模块，用于对所述渐变孔径多孔结构模型按单元模型为分割单位进行分割，把所述渐变孔径多孔结构模型分割成若干个单元模型；具体的，依据获取的渐变孔径多孔结构模型，获取所述渐变孔径多孔结构模型上渐变孔径深孔的数量和渐变孔径深孔的参数；依据调用进给模块的数量对渐变孔径深孔的数量进行等分，获取整个加工周期内单次加工周期的次数及单次加工周期内渐变孔径深孔的位置；依据单次加工周期内的所有渐变孔径深孔组成的区域对所述渐变孔径多孔结构模型进行分割，得到单个单元模型；
进给装置，所述进给装置上设有多个独立控制的进给模块，所述进给模块用于控制工具电极的进给量并控制工具电极的转动；控制工具电极的回退量，形成加工间隙；加工过程中控制工具电极上的变径电极的进给速度和加工时长以完成渐变孔径深孔的加工；
变径电极，设于工具电极的下方，用于对渐变孔径的深孔进行加工，包括若干个圆弧形的单位阴极，并且单位阴极的截面为直角三角形状，直角三角形的斜面与变径电极的锥面配合，相邻的两个单位阴极之间设有弹性连接部；变径电极内设有运动空腔；
运动电极，用于改变所述变径电极的大小，所述运动电极嵌套在所述变径电极内部的运动空腔内，所述运动电极与孔径调节模块相连接；
孔径调节模块，用于带动运动电极运动，进而改变变径电极的大小；孔径调节模块通过伸缩装置和运动电极转动连接；在运动电极运动到运动空腔内把变径电极撑开后，在变径电极转动的过程中带动运动电极同步转动，防止两者差速转动产生摩擦，孔径调节模块与运动电极上方相连接，在变径电极旋转过程中对周侧的深孔的内壁进行加工时，通过孔径调节模块带动运动电极在变径电极的运动空腔内向上运动，随着运动电极逐步向上运动，把变径电极撑开，使变径电极的加工直径变大，加工直径变大的变径电极随着进给模块的不断进给，相应的，变径电极配合运动电极加工出渐变孔径的深孔；
夹持模块，用于夹持待加工工件，待加工工件为圆盘形，工件3端面上环形阵列设有6列待加工深孔，完成其中一个单元模型对应的工件区域电解加工后，所述夹持模块沿着预设方向的反方向运动，把下一个单元模型对应的工件加工区域输送到加工位置；
所述运动空腔为圆台形空腔且圆台形的锥角为ɑ；
所述运动电极为圆台形电极且锥角为ɑ，所述运动电极嵌套在所述运动空腔内。
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