CN113600943A - 一种精密多孔位电化学腐蚀机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了机械加工设备技术领域的一种精密多孔位电化学腐蚀机床，包括机床底座、机床X轴、机床Y轴、机床Z轴、进给轴、转动轴、阳极工件组合体、阴极组合体，机床Z轴用于驱动阳极工件组合体进行Z向移动，机床X轴用于驱动阴极组合体进行X向移动，机床Y轴用于驱动阴极组合体进行Y向移动，进给轴用于驱动阳极工件组合体沿着进给方向运动，转动轴用于驱动阳极工件组合体转动。通过机床X轴、机床Y轴、机床Z轴以及转动轴，来调整阳极工件与阴极的位置，通过进给轴的不断进给来使得阳极工件组合体不断向阴极进给，进行孔加工，阳极采用多孔位夹具装夹工件，对应阴极采用多孔位水盒装阴极，可以实现一次对多个工件进行孔加工。

Description

一种精密多孔位电化学腐蚀机床
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，具体为一种精密多孔位电化学腐蚀机床。
背景技术
电化学腐蚀加工是金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应进行的加工方法，利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理，将工件加工成形的，在电化学腐蚀加工过程中，工件阳极金属不断失去电子成为离子而进入到溶液当中。阳极工件接电源正极，阴极工具接电源的负极，两极之间施加电压，控制工具阴极型面和工件阳极被加工面之间保持小间隙，连续向加工间隙输送电解液并高速从间隙中流过。工件被加工面被电解，电解产物被电解液带走，当工具阴极不断向工件推进时，由于两表面之间间隙不等，间隙最小的地方，电流密度最大，工件阳极在此处溶解得最快。因此，金属材料按工具阴极型面的形状不断溶解，同时电解产物被电解液冲走，直至工件表面形成与阴极型面近似相反的形状为止，此时即加工出所需的零件表面。
电解加工利用金属在电解液中的电化学阳极溶解将工件加工成型，可以达到较好的表面粗糙度和较高的加工精度。电解加工具有如下优势加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工镍、钻、铝、钦、硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高强度、高硬度和高韧性的金属材料，能加工叶片、锻模、气膜冷却孔等各种复杂型腔、型面和型孔。
管电极电解加工方法的特点在于，在进行电解加工时，采用中空金属管圆管或异型管作为阴极，工件为阳极，电解液从管状阴极中孔高速流出正流加工时，充满整个加工间隙。主轴带动工具电极向下进给，工件在电解作用下不断腐蚀，同时电解产物由加工间隙内的电解液带出加工区域，阳极工件溶解并逐渐形成预定的孔型。
电化学腐蚀机床可以用来对工件进行加工微细孔，一般的电化学腐蚀加工，采用单工件逐次加工，加工效率低下。需要一种快速多孔加工装置，能很好的提高加工效率，且保证加工质量。一般的电化学腐蚀机床采用单个运动轴或者两个运动轴进给运动，对工件和阴极的调整不是很方便，需要一种多个运动轴的机床，可以方便工件和阴极位置调整，节省加工准备时间。
基于此，本发明设计了一种精密多孔位电化学腐蚀机床，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精密多孔位电化学腐蚀机床，以解决上述背景技术中提出的一般的电化学腐蚀机床采用单个运动轴或者两个运动轴进给运动，对工件和阴极的调整不是很方便的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精密多孔位电化学腐蚀机床，包括机床底座，所述机床底座上安装有机床X轴、机床Y轴、机床Z轴、进给轴、转动轴、阳极工件组合体、阴极组合体，所述机床Z轴用于驱动所述阳极工件组合体进行Z向移动，所述机床X轴用于驱动所述阴极组合体进行X向移动，所述机床Y轴用于驱动所述阴极组合体进行Y向移动，所述进给轴用于驱动所述阳极工件组合体沿着进给方向运动，所述转动轴用于驱动所述进给轴转动，以实现安装在所述进给轴上的所述阳极工件组合体转动。
优选地，所述阳极工件组合体包括阳极上夹具、工件、夹具柄、阳极下夹具，所述夹具柄安装在所述进给轴上，所述阳极下夹具安装在所述夹具柄上，所述阳极上夹具可拆卸安装在阳极下夹具顶部，且两者之间开设有多个合并后能够供所述工件插合的装夹孔。
优选地，所述阳极工件组合体还包括保护套，所述保护套由塑料材质制成，且其套装在所述工件端部。
优选地，所述阴极组合体包括阴极盖板、管接头、角度调节板、底板、阴极管、阴极水盒，所述底板连接在所述机床X轴上，所述角度调节板成对固接在所述底板的相对两端上，所述阴极水盒可转动地安装在两个所述角度调节板上，其对应两个所述角度调节板的两侧各连接有螺栓，两个所述角度调节板上分别开设有供两个螺栓以所述阴极水盒在角度调节板上转动支点转动能自由通过的弧形槽，所述阴极盖板可拆卸连接在所述阴极水盒上，所述阴极管设有多个且装夹在所述阴极水盒上，所述管接头贯通连接在所述阴极水盒上。
优选地，所述机床底座上还设有输液循环系统，所述输液循环系统包括过滤器、滤渣槽、回流管、泵、电解液水箱、输液管、排渣管，所述泵向所述电解液水箱抽取电解液，通过所述过滤器过滤，过滤后的电解液通过所述输液管通往阴极组合体，来供加工使用，过滤的残渣由所述排渣管通向所述滤渣槽，加工后的电解液通过所述回流管回到所述电解液水箱中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过机床X轴、机床Y轴、机床Z轴以及转动轴，来调整阳极工件与阴极的位置，通过进给轴的不断进给来使得阳极工件组合体不断向阴极进给，进行孔加工，阳极采用多孔位夹具装夹工件，对应阴极采用多孔位水盒装阴极，可以实现一次对多个工件进行孔加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明精密多孔位电化学腐蚀机床的结构示意图；
图2为本发明精密多孔位电化学腐蚀机床的内部结构示意图；
图3为本发明精密多孔位电化学腐蚀机床的剖视图；
图4为加工状态的阳极和阴极的结构示意图；
图5为阳极工件组合体结构示意图；
图6为阳极工件组合体的爆炸图；
图7为阳极夹具的结构示意图；
图8为阴极组合体的结构示意图；
图9为阴极组合体的爆炸图；
图10为阴极水盒的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
滤渣槽1、排渣管2、电解液水箱3、过滤器4、泵5、输液管6、回流管7、防溅挡板8、机床Z轴9、进给轴10、风琴保护罩11、机床底座12、机床Y轴13、机床X轴14、电源柜15、控制操作柜16、阳极工件组合体17、阴极组合体18、工作台19、转动轴20、第一伺服电机91、第一电机丝杆座92、第一联轴器93、第一丝杆螺母94、轴承压板95、限位开关96、滑块97、第一丝杆98、第二伺服电机141、第二丝杆143、第一线轨142、第三伺服电机131、第二联轴器132、第二电机丝杆座133、第三丝杆134、第二线轨135、第四伺服电机101、第三联轴器102、第二丝杆螺母103、第四丝杆104、第三线轨105、阳极上夹具171、工件172、保护塑料套173、夹具柄174、阳极下夹具175、阴极盖板181、管接头182、角度调节板183、底板184、阴极管185、阴极水盒186。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种精密多孔位电化学腐蚀机床，包括机床机械主体、电源柜15、控制操作柜16、输液循环系统。机床机械主体部分主要包括机床Z轴9、机床X轴14、机床Y轴13、机床底座12、进给轴10、阳极工件组合体17、阴极组合体18、工作台19、转动轴20。输液循环系统由滤渣槽1、排渣管2、电解液水箱3、过滤器4、泵5、输液管6、回流管7组成；第一伺服电机91、第一电机丝杆座92、第一联轴器93、第一丝杆螺母94、轴承压板95、限位开关96、滑块97、第一丝杆98等组成机床Z轴9，机床Z轴9的运动带动安装在Z轴立柱上的主轴箱运动，主轴箱带动装在其上的进给轴10运动，进给轴10带动安装在其末端阳极工件组合体17的Z向运动；第二伺服电机141、第一线轨142、第二丝杆143等组成机床X轴14运动系统，X轴14的运动带动安装在X轴托盘上的工作台19运动，工作台19带动与之相连的阴极组合体18的X向运动。第三伺服电机131、第二联轴器132、第二电机丝杆座133、第三丝杆134、第二线轨135等组成机床Y轴13运动系统，机床Y轴13的运动带动安装在机床底座12上的托盘运动，托盘带动安装在其上的工作台19运动，工作台19带动通过阴极底板184与其相连的阴极组合体18的Y向运动。进给轴10与阳极工件组合体17通过夹具柄174相连，由第四伺服电机101、第三联轴器102、第二丝杆螺母103、第四丝杆104、第三线轨105等组成的进给轴可以实现阳极工件组合体17沿着进给轴10的方向进给运动。安装在主轴箱上的转动轴20带动进给轴10转动，进给轴10带动安装在其末端阳极17转动。阳极工件(如图5所示)由阳极上夹具171、工件172、保护塑料套173、夹具柄174、阳极下夹具175组成。阳极组合体17的爆炸图如图6所示，保护塑料套173绝缘，能起到保护作用，阳极夹具、阴极水盒186、盖板175、底板184、角度调节板183、工作台19、防溅挡板的材料是环氧树脂，具有良好的绝缘性，保证机床加工安全。阳极通过上下夹具171、175将多个工件172用螺母装夹在孔位中，将夹具柄174用螺母装在下夹具175的端面上，夹具柄174另一端安装在进给轴10的末端，一次性能装夹多个工件172，主要是因为采用了有多孔位的夹具(如图7所示)，这样的设计很好地利用夹具来一次性装夹多个工件172，来实现一次性加工多个工件。阴极(如图8所示)由阴极盖板181、管接头182、角度调节板183、底板184、阴极管185、阴极水盒186。阴极组合体18的爆炸图如图9所示，阴极水盒(如图10所示)采用与阳极工件对应的多孔位水盒，装夹相应的阴极管185，电解液通过管接头182进入阴极水盒186，并在阴极管185附近对阳极工件组合体17进行电化学腐蚀加工。阴极组合体18采用的是多孔水盒186，通过压紧螺母和盖板181将多个阴极管185装在水盒186对应的孔位中，阴极水盒186侧面通过螺母安装在角度调节板183上，一螺母通过角度调节板183上的弧形滑槽安装在水盒186侧面，另一螺母直接将角度调节板183与阴极水盒186侧面固定，滑槽内的螺母可以沿着弧形滑槽转动，来实现阴极水盒186转动，调整阴极组合体18的位置。正在加工的阳极和阴极(如图4所示)，阴极管185与阳极工件组合体17之间保持很小的间隙，阳极接电源正极，阴极接电源负极，连续向加工间隙输送电解液并高速从间隙间流过，工件不断的向工具进给，在工件上加工出想要的孔，其中电解产生的产物由电解液带走。使用者通过操作控制操作柜16来控制机床Z轴9、机床X轴14、机床Y轴13方向的运动，以及进给轴10的进给运动和转动轴20的转动，阴极水盒的转动来调整阳极工件和阴极之间的位置和间隙，由电源柜15供电，电源正极接阳极工件，电源负极接阴极，通过输液循环系统来向阴极组合体18供电解液，输液循环系统设有过滤器4、滤渣槽1以及回流管7，通过泵5向电解液水箱3抽取电解液，通过过滤器4过滤，过滤后的电解液通过输液管6通往阴极管接头182到达阴极水盒186，来供加工使用，过滤的残渣由排渣管2通向滤渣槽1，加工后的电解液通过回流管7回到电解液水箱3中，不仅形成了电解液的循环利用，还对滤渣进行了处理，保护了环境。
阳极工件和阴极的特殊结构设计
为了能够一次性加工多个工件，阳极采用了多孔位的夹具(如图7所示)，上下夹具171、175将工件172通过螺母安装在孔中，对应的阴极水盒(如图10所示)也设计的多孔位安装阴极管185。如此设计，加工电解时，可以一次性加工多个工件。布局采用的是上面是阳极工件组合体17，下面是阴极组合体18，这么设计的好处是加工工件时方便排产物，电解液很方便的将加工产物带走，且带走了很多热量，避免使得加工间隙处因温度过高损耗电极。
多孔位电化学腐蚀机床的工作原理
1、多个运动轴进给系统的运动原理。
机床有五个运动轴，包含4个移动轴和一个转动轴，机床Z轴9的运动带动安装在Z轴立柱上的主轴箱运动，主轴箱带动装在其上的进给轴10运动，进给轴10带动安装在其末端阳极工件组合体17的Z向运动，机床Y轴13的运动带动安装在机床底座12上的托盘运动，托盘带动安装在其上的工作台19运动，工作台19带动通过阴极底板184与其相连的阴极组合体18的Y向运动，机床X轴14的运动带动安装在X轴托盘上的工作台19运动，工作台19带动与之相连的阴极组合体18的X向运动，进给轴10的运动带动安装在其末端的阳极工件组合体17的进给运动，安装在主轴箱上的转动轴20带动进给轴10转动，进给轴10带动安装在其末端阳极工件组合体17转动。阴极水盒186通过螺母安装在角度调节板183上，通过螺母在板上滑槽内的转动来调整阴极位置。
2.电化学腐蚀多孔加工的工作原理。
阳极工件组合体17接电源的正极，工具阴极组合体18接电源的负极，两极之间施加电压，控制阴极管185型面和工件172阳极被加工面之间的小间隙，通过输液循环系统，连续向加工间隙输送电解液，此时的工件的被加工面被电化学腐蚀，且电解产物随电解液流走，随着工件向工具的进给，逐渐加工完成。其中，阳极采用了多孔位的夹具来装夹多个工件，对应多孔位的阴极水盒186来装夹多个阴极管，来实现一次加工多个工件。
应用场景
图4是加工状态下阳极工件和阴极的状态，本发明应用于对多个工件同时进行孔加工。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种精密多孔位电化学腐蚀机床，包括机床底座(12)，其特征在于，所述机床底座(12)上安装有机床X轴(14)、机床Y轴(13)、机床Z轴(9)、进给轴(10)、转动轴(20)、阳极工件组合体(17)、阴极组合体(18)，所述机床Z轴(9)用于驱动所述阳极工件组合体(17)进行Z向移动，所述机床X轴(14)用于驱动所述阴极组合体(18)进行X向移动，所述机床Y轴(13)用于驱动所述阴极组合体(18)进行Y向移动，所述进给轴(10)用于驱动所述阳极工件组合体(17)沿着进给方向运动，所述转动轴(20)用于驱动所述进给轴(10)转动，以实现安装在所述进给轴(10)上的所述阳极工件组合体(17)转动。
2.根据权利要求1所述的一种精密多孔位电化学腐蚀机床，其特征在于，所述阳极工件组合体(17)包括阳极上夹具(171)、工件(172)、夹具柄(174)、阳极下夹具(175)，所述夹具柄(174)安装在所述进给轴(10)上，所述阳极下夹具(175)安装在所述夹具柄(174)上，所述阳极上夹具(171)可拆卸安装在阳极下夹具(175)顶部，且两者之间开设有多个合并后能够供所述工件(172)插合的装夹孔。
3.根据权利要求2所述的一种精密多孔位电化学腐蚀机床，其特征在于，所述阳极工件组合体(17)还包括保护套(173)，所述保护套(173)由塑料材质制成，且其套装在所述工件(172)端部。
4.根据权利要求1所述的一种精密多孔位电化学腐蚀机床，其特征在于，所述阴极组合体(18)包括阴极盖板(181)、管接头(182)、角度调节板(183)、底板(184)、阴极管(185)、阴极水盒(186)，所述底板(184)连接在所述机床X轴(14)上，所述角度调节板(183)成对固接在所述底板(184)的相对两端上，所述阴极水盒(186)可转动地安装在两个所述角度调节板(183)上，其对应两个所述角度调节板(183)的两侧各连接有螺栓，两个所述角度调节板(183)上分别开设有供两个螺栓以所述阴极水盒(186)在角度调节板(183)上转动支点转动能自由通过的弧形槽，所述阴极盖板(181)可拆卸连接在所述阴极水盒(186)上，所述阴极管(185)设有多个且装夹在所述阴极水盒(186)上，所述管接头(182)贯通连接在所述阴极水盒(186)上。
5.根据权利要求1所述的一种精密多孔位电化学腐蚀机床，其特征在于，所述机床底座(12)上还设有输液循环系统，所述输液循环系统包括过滤器(4)、滤渣槽(1)、回流管(7)、泵(5)、电解液水箱(3)、输液管(6)、排渣管(2)，所述泵(5)向所述电解液水箱(3)抽取电解液，通过所述过滤器(4)过滤，过滤后的电解液通过所述输液管(6)通往阴极组合体(18)，来供加工使用，过滤的残渣由所述排渣管(2)通向所述滤渣槽(1)，加工后的电解液通过所述回流管(7)回到所述电解液水箱(3)中。
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CN114571016B (zh) * 2022-04-01 2023-08-25 江苏江航智飞机发动机部件研究院有限公司 一种钛合金人工关节精密电解加工方法

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