CN114985854B - 用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钛合金加工的电解‑微铣削复合球头阴极及加工方法，属于电解机械复合加工领域。本发明的复合球头阴极，其复合阴极主体包括刀杆、球头基体和微铣削刀片，微铣削刀片的切削刃略高于电解加工刃，电解加工刃作为主加工对工件进行电解加工，微铣削刀片作为辅助加工将电解产生的钝化膜铣削去除，保证电解加工顺利进行，电解加工刃的电解加工与微铣削刀片的微铣削加工交替进行。本发明通过微铣削和电解加工交替实现工件的高效率、高精度加工，充分发挥了电解加工的优势，并且对微铣削刀片的性能要求不高，使复合阴极的损耗小，使用寿命长，成本低，尤其适用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工，解决了钛合金工件加工困难的问题。

Description

用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极及加工方法

技术领域

本发明涉及一种电解机械复合加工工具，更具体地说，涉及一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极及加工方法。

背景技术

钛合金具有高的耐热性、优良的耐蚀性、比强度高、低导热性等优势，且为轻质材料，广泛应用于整体叶盘、飞机框架、襟翼导轨、支架、发动机底座、起落架构件等。而钛合金整体叶盘是航空发动机最重要、最难加工的核心部件之一，其质量决定了发动机的性能和寿命。

整体叶盘结构复杂，叶片型面为复杂自由曲面，扭曲度大，加工精度要求高。采用机械切削加工时，一般需要四轴以上联动机床进行加工。通常将整体叶盘自由曲面蜕变为直纹面，采用数控侧铣和插铣的铣削方法进行，实现了叶盘的开槽加工。但由于相邻叶片之间通道深而窄、开敞性差，刀具可移动范围小，加工区域约束条件苛刻，使得加工过程中刀具矢量方向变化剧烈，刀具很容易和叶盘干涉。同时，钛合金切削过程中刀具前刀面与切屑接触区域小，刀尖接触应力大，切屑在刀具前刀面上滑移路程较长，刀具容易磨损，甚至出现崩刃，切削区域热量积聚使得刀具刃口软化，钛元素容易和空气中的氧元素、氮元素等发生反应，从而在钛合金表面产生氧化钛等硬脆层，降低加工塑性，加工效率低。采用电火花加工时，整体叶盘要沿轴向和径向旋转不同角度，以保证工具电极进给方便，不发生干涉。但由于钛合金导热系数小，材料还未完全熔化就被抛出，加工中易出现拉弧放电集中和短路，使得加工状态不稳定，工具电极损耗严重、加工表面有再铸层等问题，这些问题目前还没有得到更好地解决。中国专利号ZL201310048416.6公开的“一种铣削与电火花复合加工方法”和中国专利号ZL202010302831.X公开的“铣刀、超声波电火花铣削设备及铣削方法”，两者均给出了电火花与铣削复合的加工方法，都是以电火花加工为辅助加工，使铣削表面形成变性层，从而改善机械铣削加工负荷。这种电火花与机械铣削复合加工方法虽然能够提高加工效率，但电火花加工依然存在电极损耗严重、加工状态不稳定等问题，且电火花主要起到辅助作用，材料去除工作主要还是以机械铣削为主，对于钛合金材料而言，铣削刀具依然存在易磨损等问题，对于铣削刀具的机械性能要求较高。

电解加工中工具电极与工件不接触，不存在机械宏观切削力，不产生残余应力，不产生毛刺，加工不受材料性能限制，可以加工任何高强度、高韧性和高刚度材料，加工效率高，工具电极无损耗，工具电极可长时间使用，成本低，已经成为钛合金整体叶盘较为理想的加工工艺。目前整体叶盘大多采用成形工具阴极进行反拷电解加工，这种加工方法流场容易控制，但对于钛合金材料来说，其本身是一种非常典型的自钝化金属，在有氧环境下钛和氧倾合力高，很容易在钛表面生成一层非常致密、惰性高的钝化膜，这种钝化膜有效地屏蔽了电场，使得电解加工不能顺利进行，为了解决这个问题，通常在NaNO₃电解液中加入活性高的NaCl电解液形成混合电解液，依靠Cl^-离子的活化性和侵蚀性击穿钝化膜，但Cl^-离子本身特性又带来了新的问题，其活化性致使钛合金表面易点蚀，其侵蚀性致使Cl^-离子渗入到钛合金材料中，直接影响着叶盘的疲劳寿命，在航空零件中是绝不允许出现这种现象的。中国专利号ZL201910274296.9公开了“用于电化学放电机械铣削复合加工的工具阴极及使用方法”，其将电解作用和电火花作用相复合来去除材料，同时利用刀片的铣削作用整平已加工底面，在电解加工中伴随着电火花加工过程，需要采用高电导率的电解液，使得电解作用和电火花作用两者协调兼顾较为困难，电化学加工控制更加复杂；并且，其刀片在电解加工的同时对底面材料进行铣削，尽管其采用高低两组刀片来将加工余量分为两次去除，但在加工钛合金材料时，刀片的磨损现象依然较为严重，且该工具阴极主要适用于平面铣削加工。中国专利申请号202010581011.9公开的“电解铣削-电解机械复合铣削一体化加工工具及方法”，其采用电解与机械铣削复合的加工方式，分为电解粗加工和微电解机械铣削加工，在粗加工过程中，铣刀片不参与材料去除，在精加工过程中，铣刀片仅去除粗加工阶段形成的过渡圆弧，以提高加工轮廓的精度。对于具有自钝化性的钛合金工件来说，其在采用NaNO₃电解液时，为了去除钝化层，同等条件下需要通过施加更高的电压(30V)来达到钝化膜破碎电位，而过高的电压容易使电极损坏，降低阴极使用寿命，并且也只适用于平面铣削加工。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服钛合金零件加工存在的上述问题，提供一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极及加工方法，采用本发明的技术方案，将电解-微铣削复合阴极设计为球头结构，利用球头基体上的电解加工刃进行电解加工，利用球头基体上的微铣削刀片进行微铣削机械加工，并且微铣削加工作为电解加工的辅助来去除钛合金工件上生成的钝化膜，保证电解加工顺利进行，通过微铣削和电解加工交替实现钛合金工件的高效率、高精度加工，充分发挥了电解加工的优势，并且对微铣削刀片的性能要求不高，使复合阴极的损耗小，使用寿命长，成本低，尤其适用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工，解决了钛合金整体叶盘加工困难的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，包括复合阴极主体，所述的复合阴极主体包括刀杆、球头基体和微铣削刀片，所述的球头基体同轴地设于刀杆的一端，所述的球头基体沿周向均匀设有至少两个电解加工刃，各个所述的电解加工刃上均设有若干与刀杆的中心孔相连通的电解液出口，所述的微铣削刀片在球头基体的周向上均匀设有至少两片，所述的微铣削刀片与球头基体相绝缘，且微铣削刀片的切削刃略高于电解加工刃；

在复合铣削加工过程中，所述的电解加工刃作为主加工用于在NaNO₃电解液下对工件电解产生钝化膜，所述的微铣削刀片作为辅助加工用于将钝化膜机械铣削去除，所述的电解加工刃的电解加工与微铣削刀片的微铣削加工通过复合阴极主体的旋转运动而交替进行。

更进一步地，所述的微铣削刀片的切削刃分为球头切削刃和侧壁切屑刃，所述的电解加工刃分为球头加工刃和侧壁加工刃，所述的球头加工刃的电解曲面为球面，所述的侧壁加工刃的电解曲面为圆柱面。

更进一步地，所述的微铣削刀片的切削刃比电解加工刃高出0.05mm～0.1mm；所述的球头基体的直径为6mm～10mm。

更进一步地，所述的微铣削刀片由导电材质或非导电材质制成，在微铣削刀片为导电材质时，所述的微铣削刀片通过绝缘的刀片固定螺钉固定在球头基体上，并在微铣削刀片与球头基体之间设有绝缘垫；在微铣削刀片为非导电材质时，所述的微铣削刀片通过刀片固定螺钉固定在球头基体上。

更进一步地，所述的电解加工刃由设于球头基体上的直槽形成，所述的微铣削刀片安装在电解加工刃一侧的侧壁上。

更进一步地，还包括刀柄，所述的刀柄包括轴套、装夹轴、拉钉、锁紧螺母、进液接嘴、止转导电销和滑动导电总成，所述的装夹轴转动地套设于轴套内侧，所述的拉钉设于装夹轴上部的装夹锥面顶部，所述的刀杆通过锁紧螺母安装于装夹轴的下端，所述的进液接嘴设于轴套的侧壁上，并通过轴套和装夹轴内部的通道与刀杆的中心孔相连通，所述的止转导电销设于轴套的侧壁上，并通过滑动导电总成与刀杆进行导电配合。

更进一步地，该电解-微铣削复合球头阴极应用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工。

本发明的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，包含以下步骤：

S1、将复合阴极主体通过刀柄安装于机床主轴上，将工件装夹在机床工作台上，复合阴极主体接电源负极，工件接电源正极；

S2、控制机床主轴转速在500～800转/分钟带动复合阴极主体旋转，将硝酸钠电解液从复合阴极主体的电解液出口喷入加工间隙，接通电源，电解加工电压控制在24～28V；

S3、控制复合阴极主体接近工件的待加工面，使微铣削刀片的切削刃即将要接触工件的待加工面，以微铣削刀片的切削刃与电解加工刃之间的高度差作为电解加工间隙在NaNO₃电解液下进行电解加工，在工件的待加工面上电解形成钝化膜；

S4、控制复合阴极主体向工件的待加工面进给运动，利用微铣削刀片的切削刃将生成的钝化膜去除，重复上述步骤使电解加工和微铣削加工交替进行。

更进一步地，所述的硝酸钠电解液的浓度为8％，电解加工的脉冲频率控制在1000赫兹，占空比为55％，复合阴极主体的进给速度控制在30mm/min。

更进一步地，在工件加工结束时，关闭电源，利用微铣削刀片的切削刃对工件的加工面进行最后一刀微铣削加工。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其复合阴极主体包括刀杆、球头基体和微铣削刀片，微铣削刀片的切削刃略高于电解加工刃，在复合铣削加工过程中，电解加工刃作为主加工用于在NaNO₃电解液下对工件电解产生钝化膜，微铣削刀片作为辅助加工用于将钝化膜机械铣削去除，保证电解加工顺利进行，电解加工刃的电解加工与微铣削刀片的微铣削加工通过复合阴极主体的旋转运动而交替进行；将电解-微铣削复合阴极设计为球头结构，利用球头基体上的电解加工刃进行电解加工，利用球头基体上的微铣削刀片进行微铣削机械加工，并且微铣削加工作为电解加工的辅助来去除钛合金工件上生成的钝化膜，通过微铣削和电解加工交替实现钛合金工件的高效率、高精度加工，充分发挥了电解加工的优势，并且对微铣削刀片的性能要求不高，使复合阴极的损耗小，使用寿命长，成本低，尤其适用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工，解决了钛合金整体叶盘加工困难的问题；

(2)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其微铣削刀片的切削刃分为球头切削刃和侧壁切屑刃，电解加工刃分为球头加工刃和侧壁加工刃，球头加工刃的电解曲面为球面，侧壁加工刃的电解曲面为圆柱面，采用上述球头阴极结构，能够利用球头和侧壁进行加工，加工面应用范围更加广泛，能够灵活应用于各种曲面和平面的加工；

(3)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其微铣削刀片的切削刃比电解加工刃高出0.05mm～0.1mm，该高度差为电解加工刃的电解加工间隙，方便利用微铣削刀片对刀控制电解加工间隙，并且复合球头阴极旋转加工，加工电场均匀性好，加工效率和精度高；

(4)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其微铣削刀片由导电材质或非导电材质制成，在微铣削刀片为导电材质时，微铣削刀片与球头基体之间设有绝缘垫，并采用螺钉固定微铣削刀片，方便微铣削刀片的拆换，充分利用了不易损坏的电解加工刃，进一步降低了复合球头阴极的使用成本；

(5)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其电解加工刃由设于球头基体上的直槽形成，微铣削刀片安装在电解加工刃一侧的侧壁上，结构设计简单，方便了微铣削刀片在复合球头阴极上的安装和固定；

(6)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其还包括刀柄，刀柄包括轴套、装夹轴、拉钉、锁紧螺母、进液接嘴、止转导电销和滑动导电总成，利用装夹轴实现复合阴极主体的装夹和驱动，利用轴套实现电解液的输入和阴极的导电，结构设计简单紧凑，加工运行稳定可靠；

(7)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，其主轴转速控制在500～800转/分钟，电解加工电压控制在24～28V，电解液采用硝酸钠溶液，钛合金工件表面加工质量好，电解加工电场均匀，能够快速电解生成钝化膜，配合微铣削加工去除钝化膜，大大提高了电解加工的效率；

(8)本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，其在工件加工结束时，关闭电源，利用微铣削刀片的切削刃对工件的加工面进行最后一刀微铣削加工，能够显著提升钛合金表面的加工质量。

附图说明

图1为本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的立体结构示意图；

图2为本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极中的复合阴极主体的结构示意图；

图3为本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极中的复合阴极主体的轴向投影结构示意图；

图4为本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工原理示意图；

图5为本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极在工件叶片通道内的加工状态示意图；

图6为本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极在工件曲面的加工状态示意图。

示意图中的标号说明：

1、复合阴极主体；11、刀杆；12、电解加工刃；13、电解液出口；14、微铣削刀片；14-1、切削刃；14A、切削圆；15、刀片固定螺钉；2、刀柄；21、轴套；22、装夹轴；23、拉钉；24、锁紧螺母；25、进液接嘴；26、止转导电销；27、滑动导电总成；3、工件；31、钝化膜。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

结合图1至图3所示，本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，包括复合阴极主体1和刀柄2两个组成部分，复合阴极主体1包括刀杆11、球头基体和微铣削刀片14，球头基体同轴地设于刀杆11的一端，球头基体沿周向均匀设有至少两个电解加工刃12，各个电解加工刃12上均设有若干与刀杆11的中心孔相连通的电解液出口13，微铣削刀片14在球头基体的周向上均匀设有至少两片，微铣削刀片14与球头基体相绝缘，且微铣削刀片14的切削刃14-1略高于电解加工刃12。在复合铣削加工过程中，电解加工刃12作为主加工用于在NaNO₃电解液下对工件3电解产生钝化膜31，微铣削刀片14作为辅助加工用于将钝化膜31机械铣削去除，电解加工刃12的电解加工与微铣削刀片14的微铣削加工通过复合阴极主体1的旋转运动而交替进行，保证电解加工顺利进行。上述微铣削刀片14由导电材质或非导电材质制成，在微铣削刀片14为导电材质时，微铣削刀片14通过绝缘的刀片固定螺钉15固定在球头基体上，并在微铣削刀片14与球头基体之间设有绝缘垫；在微铣削刀片14为非导电材质时，微铣削刀片14通过刀片固定螺钉15固定在球头基体上。

上述的刀柄2包括轴套21、装夹轴22、拉钉23、锁紧螺母24、进液接嘴25、止转导电销26和滑动导电总成27，装夹轴22转动地套设于轴套21内侧，拉钉23设于装夹轴22上部的装夹锥面顶部，刀杆11通过锁紧螺母24安装于装夹轴22的下端，进液接嘴25设于轴套21的侧壁上，并通过轴套21和装夹轴22内部的通道与刀杆11的中心孔相连通，止转导电销26设于轴套21的侧壁上，并通过滑动导电总成27与刀杆11进行导电配合。

本发明的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，包含以下步骤：

S1、将复合阴极主体1通过刀柄2安装于机床主轴上，将工件3装夹在机床工作台上，复合阴极主体1接电源负极，工件3接电源正极；

S2、控制机床主轴转速在500～800转/分钟带动复合阴极主体1旋转，将硝酸钠电解液从复合阴极主体1的电解液出口13喷入加工间隙，接通电源，电解加工电压控制在24～28V；

S3、控制复合阴极主体1接近工件3的待加工面，使微铣削刀片14的切削刃14-1即将要接触工件3的待加工面，以微铣削刀片14的切削刃14-1与电解加工刃12之间的高度差作为电解加工间隙在NaNO₃电解液下进行电解加工，在工件3的待加工面上电解形成钝化膜31；

S4、控制复合阴极主体1向工件3的待加工面进给运动，利用微铣削刀片14的切削刃14-1将生成的钝化膜31去除，重复上述步骤使电解加工和微铣削加工交替进行。

本发明的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极及加工方法，与现有技术相比，可采用低活性的NaNO₃溶液作为电解液，工件表面不易出现点蚀现象，加工表面质量好；电解加工电压仅需保证工件表面产生钝化膜，而不需要将电压提高到钝化膜破碎电位，使电极使用寿命更长。在本发明中，将电解-微铣削复合阴极设计为球头结构，利用球头基体上的电解加工刃进行电解加工，利用球头基体上的微铣削刀片进行微铣削机械加工，并且微铣削加工作为电解加工的辅助来去除钛合金工件上生成的钝化膜，以保证电解加工顺利进行，通过微铣削和电解加工交替实现钛合金工件的高效率、高精度加工，充分发挥了电解加工的优势，并且对微铣削刀片的性能要求不高，使复合阴极的损耗小，使用寿命长，成本低，尤其适用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工，解决了钛合金整体叶盘加工困难的问题。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

[实施例1]

如图1、图2和图3所示，本实施例的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，包括复合阴极主体1，该复合阴极主体1包括刀杆11、球头基体和微铣削刀片14，球头基体同轴地设于刀杆11的一端，刀杆11用于复合球头阴极的装夹，以带动球头基体轴向旋转运动，球头基体沿周向均匀设有至少两个电解加工刃12，各个电解加工刃12上均设有若干与刀杆11的中心孔相连通的电解液出口13，电解加工刃12用于对工件3表面进行电解加工；微铣削刀片14在球头基体的周向上均匀设有至少两片，微铣削刀片14与球头基体相绝缘，且微铣削刀片14的切削刃14-1略高于电解加工刃12，微铣削刀片14用于对工件3表面进行微铣削加工，用以去除电解加工生成的钝化膜31。在复合铣削加工过程中，电解加工刃12作为主加工用于在NaNO₃电解液下对工件3电解产生钝化膜31，微铣削刀片14作为辅助加工用于将钝化膜31机械铣削去除，电解加工刃12的电解加工与微铣削刀片14的微铣削加工通过复合阴极主体1的旋转运动而交替进行。与现有技术相比，本实施例的复合球头阴极，以电解加工为主加工，微铣削为辅助加工，对微铣削刀片的性能要求不高，并且充分发挥了电解加工的优势，加工效率和加工精度更高，复合阴极的损耗小，使用寿命长，成本低，尤其适用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工，解决了钛合金整体叶盘加工困难的问题。

如图2所示，在本实施例中，微铣削刀片14的切削刃14-1分为球头切削刃和侧壁切屑刃，电解加工刃12分为球头加工刃和侧壁加工刃，球头加工刃的电解曲面为球面，侧壁加工刃的电解曲面为圆柱面。采用上述球头阴极结构，能够利用球头和侧壁进行加工，球头和侧壁配合能够用于各种曲面和深而窄的空间加工，加工面应用范围更加广泛，能够灵活应用于各种曲面和平面的加工。

上述的微铣削刀片14的切削刃14-1比电解加工刃12高出0.05mm～0.1mm，球头基体的直径为6mm～10mm。本实施例中，微铣削刀片14的切削刃14-1比电解加工刃12高出0.05mm，球头基体的直径为6mm。如图3所示，在复合阴极主体1的轴向投影示意图中，微铣削刀片14的切削刃14-1旋转形成切削圆14A，电解加工刃12的外表面为圆弧，且各个电解加工刃12的圆弧在同一个圆上，该切削圆14A的半径与电解加工刃12的弧面半径之差即为微铣削刀片14的切削刃14-1与电解加工刃12的高度差，该高度差可作为电解加工间隙，方便利用微铣削刀片14对刀控制电解加工间隙，并且复合球头阴极旋转加工，加工电场均匀性好，加工效率和精度高。微铣削刀片14与电解加工刃12在球头部分的高度差与上述结构相同，微铣削刀片14的切削刃14-1在球头部分也高出电解加工刃12 0.05mm～0.1mm。

上述的微铣削刀片14可采用导电材质或非导电材质制成。在本实施例中，该微铣削刀片14为导电材质，如现有的硬质合金钢等，此时为了保证微铣削刀片14与电解加工刃12之间的绝缘，微铣削刀片14通过绝缘的刀片固定螺钉15固定在球头基体上，并在微铣削刀片14与球头基体之间设有绝缘垫。采用螺钉固定微铣削刀片，方便微铣削刀片14的拆换，充分利用了不易损坏的电解加工刃，进一步降低了复合球头阴极的使用成本。进一步地，电解加工刃12由设于球头基体上的直槽形成，微铣削刀片14安装在电解加工刃12一侧的侧壁上，结构设计简单，方便了微铣削刀片在复合球头阴极上的安装和固定。

本实施例的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其还包括刀柄2，如图1所示，该刀柄2包括轴套21、装夹轴22、拉钉23、锁紧螺母24、进液接嘴25、止转导电销26和滑动导电总成27，装夹轴22转动地套设于轴套21内侧，使装夹轴22在轴套21内能够相对轴向自由转动，拉钉23设于装夹轴22上部的装夹锥面顶部，用于对刀柄2进行拉紧固定，刀杆11通过锁紧螺母24安装于装夹轴22的下端，由装夹轴22带动刀杆11旋转运动；进液接嘴25设于轴套21的侧壁上，并通过轴套21和装夹轴22内部的通道与刀杆11的中心孔相连通，由进液接嘴25可向电解液出口13输送电解液；止转导电销26设于轴套21的侧壁上，并通过滑动导电总成27与刀杆11进行导电配合，实现刀杆11的转动并导电。采用上述的刀柄2，利用装夹轴22实现复合阴极主体1的装夹和驱动，利用轴套21实现电解液的输入和阴极的导电，结构设计简单紧凑，加工运行稳定可靠。

本实施例的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其能够应用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工，图5示出的是利用复合阴极主体1的侧壁进行钛合金整体叶盘的叶片通道的加工，图6示出的是利用复合阴极主体1的球头部分进行钛合金整体叶盘曲面的加工。具体参见图4所示，本实施例的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，包含以下步骤：

S1、将复合阴极主体1通过刀柄2安装于机床主轴上，将工件3装夹在机床工作台上，复合阴极主体1接电源负极，工件3接电源正极；

S2、控制机床主轴转速在500转/分钟带动复合阴极主体1旋转，将硝酸钠电解液从复合阴极主体1的电解液出口13喷入加工间隙，接通电源，电解加工电压控制在24V；硝酸钠电解液的浓度为8％，电解加工的脉冲频率控制在1000赫兹，占空比为55％；

S3、控制复合阴极主体1接近工件3的待加工面，使微铣削刀片14的切削刃14-1即将要接触工件3的待加工面，以微铣削刀片14的切削刃14-1与电解加工刃12之间的高度差作为电解加工间隙在NaNO₃电解液下进行电解加工，在工件3的待加工面上电解形成钝化膜31；电解液采用硝酸钠溶液，钛合金工件表面加工质量好，电解加工电场均匀，能够快速电解生成钝化膜；

S4、控制复合阴极主体1向工件3的待加工面进给运动，复合阴极主体1的进给速度控制在30mm/min，利用微铣削刀片14的切削刃14-1将生成的钝化膜31去除，重复上述步骤使电解加工和微铣削加工交替进行，配合微铣削加工去除钝化膜，大大提高了电解加工的效率。

在工件3加工结束时，关闭电源，利用微铣削刀片14的切削刃14-1对工件3的加工面进行最后一刀微铣削加工，能够显著提升钛合金表面的加工质量。

[实施例2]

本实施例的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极及加工方法，其基本结构和工作原理同实施例1，不同之处在于：

在本实施例中，微铣削刀片14的切削刃14-1比电解加工刃12高出0.1mm，球头基体的直径为10mm。微铣削刀片14为非导电材质，如硬质陶瓷材料等，此时微铣削刀片14可通过刀片固定螺钉15直接固定在球头基体上。

本实施例的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，包含以下步骤：

S1、将复合阴极主体1通过刀柄2安装于机床主轴上，将工件3装夹在机床工作台上，复合阴极主体1接电源负极，工件3接电源正极；

S2、控制机床主轴转速在800转/分钟带动复合阴极主体1旋转，将硝酸钠电解液从复合阴极主体1的电解液出口13喷入加工间隙，接通电源，电解加工电压控制在28V；硝酸钠电解液的浓度为8％，电解加工的脉冲频率控制在1000赫兹，占空比为55％；

S3、控制复合阴极主体1接近工件3的待加工面，使微铣削刀片14的切削刃14-1即将要接触工件3的待加工面，以微铣削刀片14的切削刃14-1与电解加工刃12之间的高度差作为电解加工间隙在NaNO₃电解液下进行电解加工，在工件3的待加工面上电解形成钝化膜31；

S4、控制复合阴极主体1向工件3的待加工面进给运动，复合阴极主体1的进给速度控制在30mm/min，利用微铣削刀片14的切削刃14-1将生成的钝化膜31去除，重复上述步骤使电解加工和微铣削加工交替进行，配合微铣削加工去除钝化膜，大大提高了电解加工的效率。

在工件3加工结束时，关闭电源，利用微铣削刀片14的切削刃14-1对工件3的加工面进行最后一刀微铣削加工，能够显著提升钛合金表面的加工质量。

本发明的一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极及加工方法，将电解-微铣削复合阴极设计为球头结构，利用球头基体上的电解加工刃进行电解加工，利用球头基体上的微铣削刀片进行微铣削机械加工，并且微铣削加工作为电解加工的辅助来去除钛合金工件上生成的钝化膜，以保证电解加工顺利进行，通过微铣削和电解加工交替实现钛合金工件的高效率、高精度加工，充分发挥了电解加工的优势，并且对微铣削刀片的性能要求不高，使复合阴极的损耗小，使用寿命长，成本低，尤其适用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工，解决了钛合金整体叶盘加工困难的问题。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，包括复合阴极主体（1），其特征在于：所述的复合阴极主体（1）包括刀杆（11）、球头基体和微铣削刀片（14），所述的球头基体同轴地设于刀杆（11）的一端，所述的球头基体沿周向均匀设有至少两个电解加工刃（12），各个所述的电解加工刃（12）上均设有若干与刀杆（11）的中心孔相连通的电解液出口（13），所述的微铣削刀片（14）在球头基体的周向上均匀设有至少两片，所述的微铣削刀片（14）与球头基体相绝缘，且微铣削刀片（14）的切削刃（14-1）略高于电解加工刃（12）；

所述的微铣削刀片（14）的切削刃（14-1）分为球头切削刃和侧壁切屑刃，所述的电解加工刃（12）分为球头加工刃和侧壁加工刃，所述的球头加工刃的电解曲面为球面，所述的侧壁加工刃的电解曲面为圆柱面；

所述的微铣削刀片（14）由导电材质或非导电材质制成，在微铣削刀片（14）为导电材质时，所述的微铣削刀片（14）通过绝缘的刀片固定螺钉（15）固定在球头基体上，并在微铣削刀片（14）与球头基体之间设有绝缘垫；在微铣削刀片（14）为非导电材质时，所述的微铣削刀片（14）通过刀片固定螺钉（15）固定在球头基体上；所述的电解加工刃（12）由设于球头基体上的直槽形成，所述的微铣削刀片（14）安装在电解加工刃（12）一侧的侧壁上；

在复合铣削加工过程中，所述的电解加工刃（12）作为主加工用于在NaNO₃电解液下对工件（3）电解产生钝化膜（31），所述的微铣削刀片（14）作为辅助加工用于将钝化膜（31）机械铣削去除，所述的电解加工刃（12）的电解加工与微铣削刀片（14）的微铣削加工通过复合阴极主体（1）的旋转运动而交替进行。

2.根据权利要求1所述的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其特征在于：所述的微铣削刀片（14）的切削刃（14-1）比电解加工刃（12）高出0.05mm~0.1mm；所述的球头基体的直径为6mm~10mm。

3.根据权利要求1所述的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其特征在于：还包括刀柄（2），所述的刀柄（2）包括轴套（21）、装夹轴（22）、拉钉（23）、锁紧螺母（24）、进液接嘴（25）、止转导电销（26）和滑动导电总成（27），所述的装夹轴（22）转动地套设于轴套（21）内侧，所述的拉钉（23）设于装夹轴（22）上部的装夹锥面顶部，所述的刀杆（11）通过锁紧螺母（24）安装于装夹轴（22）的下端，所述的进液接嘴（25）设于轴套（21）的侧壁上，并通过轴套（21）和装夹轴（22）内部的通道与刀杆（11）的中心孔相连通，所述的止转导电销（26）设于轴套（21）的侧壁上，并通过滑动导电总成（27）与刀杆（11）进行导电配合。

4.根据权利要求1所述的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极，其特征在于：该电解-微铣削复合球头阴极应用于钛合金整体叶盘的叶片通道和曲面加工。

5.一种权利要求1至4任意一项所述的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、将复合阴极主体（1）通过刀柄（2）安装于机床主轴上，将工件（3）装夹在机床工作台上，复合阴极主体（1）接电源负极，工件（3）接电源正极；

S2、控制机床主轴转速在500~800转/分钟带动复合阴极主体（1）旋转，将硝酸钠电解液从复合阴极主体（1）的电解液出口（13）喷入加工间隙，接通电源，电解加工电压控制在24~28V；

S3、控制复合阴极主体（1）接近工件（3）的待加工面，使微铣削刀片（14）的切削刃（14-1）即将要接触工件（3）的待加工面，以微铣削刀片（14）的切削刃（14-1）与电解加工刃（12）之间的高度差作为电解加工间隙在NaNO₃电解液下进行电解加工，在工件（3）的待加工面上电解形成钝化膜（31）；

S4、控制复合阴极主体（1）向工件（3）的待加工面进给运动，利用微铣削刀片（14）的切削刃（14-1）将生成的钝化膜（31）去除，重复上述步骤使电解加工和微铣削加工交替进行。

6.根据权利要求5所述的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，其特征在于：所述的硝酸钠电解液的浓度为8%，电解加工的脉冲频率控制在1000赫兹，占空比为55%，复合阴极主体（1）的进给速度控制在30mm/min。

7.根据权利要求5或6所述的用于钛合金加工的电解-微铣削复合球头阴极的加工方法，其特征在于：在工件（3）加工结束时，关闭电源，利用微铣削刀片（14）的切削刃（14-1）对工件（3）的加工面进行最后一刀微铣削加工。