CN86108076A - 带工件护罩和心轴组件的电化学加工机床 - Google Patents

Abstract

用于燃气轮机的一个整体叶片式转子固定在一个增量分度的心轴上并且除了插入电解腔在工件加工位置上被对置阴极加工的转子部分外由一个护罩包围。当转子部分插入以进行加工时护罩和电解腔处于密封关系，而且护罩和电解腔包括协作的定位结构以便把转子部分精确定位于腔内的工件加工位置，护罩装置在心轴增量分度期间保持在心轴上而它本身在转子被分度时被夹持而不产生很大的分度运动。

Description

本发明涉及对工件进行电化学加工的机床和方法，更具体地说涉及对一种带有旋转对称的中央轮毂及围绕轮毂圆周分布的径向伸出的附属部（例如翼型）进行电化学加工的机床和方法。

电化学加工（ECM）是一种已公知的加工金属工件的方法，并且过去已被用于加工附在一个中央圆柱形轮毂上并围绕轮毂径向伸出的单个叶片和复杂的翼型叶片的复杂翼形。

加工一个整体叶片式燃气轮机转子或叶轮的从中央轮毂伸出的单个叶片的ECM装置示于1970年8月11日公告的Stark等人的美国专利第3523876号;1973年1月30日公告的Stark等人的美国专利第3714017号;和1974年4月9日公告的Kawafune等人的美国专利第3803009号。在这些专利中，翼型完全是用ECM方法从一个圆柱形毛坯或盘形材料加工出的。

1966年11月29日公告的Trager的美国专利第3288699号说明了一种同时加工与一个透平叶轮毛坯或盘成为整体的多个翼型的ECM装置，其中当阴极轴向前进时，工件（透平叶轮毛坯）转过一选定的角度使翼型在被阴极加工时形成曲线。

1976年7月20日公告的Lucas的美国专利第3970538号叙述了一种加工与中央轮毂整体铸造的翼型叶片的有尺寸余量的进气边和出气边以形成燃气轮机的整体叶片式转子的ECM机床。公开了一种对进气边和出气边进行ECM加工的特殊阴极结构。

其他的先有技术都采用了从一件加长毛坯加工出多个翼型叶片或一次加工一个单个翼型的ECM装置。例如，1981年3月17日公告的Wilson等人的美国专利第4256555号说明了用对置的阴极电化学加工一个单个翼型叶片预成形坯，阴极被一般机床上的杆或动臂推动朝着叶片预成形坯的两侧面运动。过去，采用一个伺服电机驱动的一个滚珠丝杆副驱动每个其上带阴极的杆。在该专利中，阴极杆被与叶片中心线成45°角沿两相对方向驱动。1967年3月14日公告的Goodwin的美国专利第3309294号说明了使燃气轮机的轴流压气机的一个单个金属翼型叶片成形的ECM装置。

1977年10月4日公告的Schrader的美国专利第4052284号说明了一种至少使一个工件上的多个翼型部分成形的ECM装置。该装置包括多个可单独运动的电极，每对电极可沿与工件侧面成一锐角的轨迹运动。1977年11月8日公告的Schra-der的美国专利第4057475号叙述了一种在一个单个工件上形成多个翼面的ECM方法。1976年9月11日公告的Schra-der的美国专利第4167462号叙述了一种带有被多个相同的液压泵驱动的多个电极的ECM机床的控制系统。

1982年10月23日公告的Sanders的美国专利第360114号公开了一种采用往复运动的阴极结构的ECM机床及方法。1985年3月12日公告的Inoue的美国专利第4504721号说明了一台在一个工件中形成一个三维空腔的多轴放电机床。

本发明考虑一种电化学加工机床，其中一个护罩装置架在并且环绕除了收入电解腔以便在工件加工位置上进行加工的工件的一部分外的工件伸展。护罩装置与电解腔一起大体上包围工件并且在对电解腔内的工件部分加工期间协作结合。

在本发明的一个典型的工作实施例中，在其上固定工件的一个心轴是可分度的，从而把工件的一部分在收入电解腔时定位于工件加工位置，而且还能朝着和离开电解腔运动，从而把工件的该分度部分插入腔中。护罩装置一般包括在其上的第一定位装置，而电解腔包括一起协作的第二定位装置，以便使处于电解腔内的工件加工位置的工件分度部分相对于其中的阴极装置精确定位。在护罩装置和/或电解腔上的密封装置提供电解液密封作用。护罩装置在心轴分度期间设置在心轴上，并提供在包围在护罩装置中的工件分度期间把护罩装置保持在心轴上大体上不可分度的位置上的装置。

在一种最佳实施例中，护罩装置包括可拆卸地连接的一个后部和前部。为了从心轴上取下工件，先取下护罩装置的前部然后取下工件。护罩装置的后部架在心轴上而前部一般架在一个卡紧套上，它本身架在心轴上。护罩装置的前部和后部最好每个包括一个圆形密封圈以便接触作为工件的整体叶片式转子上的一个环形法兰或凸缘。

图1是燃气轮机整体叶片转子（IBR）的透视示意图。

图2是图1中一部分的俯视图。

图3是显示了IBR及其中心面与阳极中心面和机床中心面的空间关系的示意透视图，并显示了接近被加工翼型叶片A的困难方面。

图4是把带有整体预成形有余量尺寸的翼型叶片电化学加工到最后尺寸的本发明的机床的正视图。

图5是图4中沿箭头5方向的侧视图。

图6是图4中沿箭头4方向的俯视图。

图7是沿箭头7方向的机床一部分的放大侧视图。

图8是图4中一部分的放大正视图。

图9是图8的一部分剖开的侧视图。

图10是去掉一些零件且其他零件剖开以显示X轴滑台驱动的图7的放大图。

图11是图3中另一部分的放大正视图，其中一部分被剖开。

图12是图11中一部分沿箭头12方向的视图。

图13是沿11线13所取的剖视图。

图14是图11中去掉了阴极结构和某些卡紧特征的部分，沿箭头14方向的放大侧视图。

图15是图14沿箭头15方向部分剖开的视图。

图16是图14中16部的放大图。

图17是电解腔和垂直滑动轭部分破开后的图14的一部分的放大视图。

图18是图17中箭头18方向的视图。

图19是沿图18线19方向的剖视图。

图20是图18的侧视图。

图21是图18沿线21的剖视图。

图22是沿图17的线22的剖视图。

图23是沿图22箭头23的剖视图。

图24是密封护罩的正视图。

图25是密封护罩的仰视图。

图26是沿图24中线26的剖视图。

图27是沿图26中线27的剖视图。

图28是另一个实施例的与图26相似的剖视图。

图29是内凹阴极部件的正视图。

图30是外凸阴极部件的正视图。

图31是图29所示内凹阴极的俯视图。

图32是图30所示外凸阴极的俯视图。

图33是顶部密封块的侧视图。

图34是图33的俯视图。

图35是图34的端视图。

图36是图35的透视图。

图37是结构34的沿图22中线37的局部剖视图。

图38是与分度器轴652啮合的导电卡子的俯视图。

图39是图38的仰视图。

图40是图38的局部剖开的侧视图。

图41是卡子本身的正视图。

图42是表示了阴极参考中心线R1和R2典型运动的阴极和IBR的透视图，也表示了在其侧伸时中心线R2的运动分为右X和Y轴分量这种双向运动的ECM方法中IBR的运动。

图43是IBR的局部剖视图。

图44是从叶片16′顶部向根部看过去的视图，与阴极位置重迭以显示在协调位置时它们之间的相对空间关系。

图45与图44相似，但是阴极和IBR都位于阴极工作位置。

图46与图44和图45相似，但是阴极处于完工位置。

图47是显示加工后的叶片的从顶部到根部方向的视图。

图1和图2中显示了一个燃气轮机的整体叶片式转子10（以下用IBR表示）。IBR10包括带一个通孔14的一个圆柱形中央轮毂12，该通孔用于承装一根轴（未示出），如已公知的那样靠此轴把IBR固定在燃气轮机的压气机部分，以便绕其纵轴R旋转。从轮毂上径向伸出并且沿圆周方向围绕轮毂间隔布置的是许多扭曲的翼型叶片16。每个叶片16分别包括一个外凸的第一侧面18、一个位于其反面的内凹的第二侧面20和进气边及出气边22、24。台部23从每个叶片与轮毂12连接的圆角处25延伸出。

所示的IBR可用各种已知的方法成形，例如，它可以是一种机械加工的结构，一种整体铸造结构，一种把叶片16预成形然后再绕铸轮毂形成一个整体的组合结构，一种用冶金方法把叶片16附结在轮毂上的组合结构，或者一种用一块锻坯把叶片16和轮毂一体锻成的超塑锻造结构。不管采用何种技术制造IBR，叶片16都要预成形为一个带余量尺寸的形状或包络E（图44～45）然后再加工到用在燃气轮机中所需的精确尺寸公差范围。

下面将就用ECM方法对IBR的带余量的单个叶片或预型件16进行精加工或半精加工来叙述本发明的机床。该机床可每次精加工出一个叶片的全部待加工侧面18、20以及进气边和出气边22、24，圆角25和毗邻圆角25的台部23。

图3示意地说明了IBR和机床特点之间的空间关系。例如，可以看出，IBR放置成其横中心面W（通过其厚度垂直于燃气轮机在其中工作的燃气轮机中心面，并且包含叶片中心线F的平面）与图3中所示的通过机床中心的垂直的机床中心而P成一个B角。下面将要讲到，IBR10安装得可以在其横中心面W内绕垂直轴线V摆动，以便IBR中心面相对于机床中心面P的夹角B能在一个选定的范围（例如0～45°）内变化，从而当叶片处在工件加工位置M时，使待加工的翼型叶片16′的中心线或放置线F基本上位于机床中心面P内。

图3还披露了当叶片处在工件加工位置M而阴极处在叶片相对两侧留有间隔的阴极位置或开始加工位置时，阴极中心面CC与机床中心面P正交（参阅图45）。阴极中心面CC是这样一个平面，它垂直于机床中心面P且经过处在工件加工位置M的翼型叶片的垂直中心线F。阴极进给轴线或方向，即右X轴和左X轴，与水平面成一倾斜角度;例如，如图所示，两个X轴相对于水平面正反倾斜30°角。

参照图4～6和22，按照本发明构成的一台机床有一个底座30，其上固定了一个基本上为C形的支架。一个结构34固定在底座30的顶面，它封闭并在其中形成一个电解腔36。结构34包括一个具有矩形孔40的第一矩形前板38，一个后板42和第一及第二侧板44、46。一个前盖板48用机螺丝50可拆卸地固定在前板38上以盖住并封闭孔40，并且支承电解液背压件49。该背压件具有与腔36相通的槽49a和一个排放从待加工叶片和阴极之间流过后的电解液的排放孔60。一个底板52（图11）封住电解腔36的底部，而一个将在后面详述的顶板54（图18）封住其顶部，只留下一个窗孔56以便象将要解释的那样收容IBR的一部分。

底板52有一个排放孔60，接受从待加工的翼型叶片流过后的电解液，从而再循环到过滤设备（未画出）以便在ECM过程中重复使用。

从图22中很清楚，电解腔形成结构34包括一个与后侧面72基本平行的前侧面70，和与第二横侧面76基本平行的第一横侧面74。

带有自己的排放附件82的前槽80放在底座30的前面，以便在前盖板48取下时收集电解液并把电解液排回过滤设备。

如图4～7和11所极好显示的那样，完全平行的第二（左）和第二（右）Y轴导轨90、92和与之配合的第一（左）和第二（右）滑台94、96分别毗邻第一和第二横侧面74、76布置，并与它们基本平行。Y轴导轨和配套的滑台也平行于机床中心面P。两排滚子轴承100位于导轨90、92和各自的滑台94、96之间，轴承的轴线如图所示那样向相反方向倾斜以消除侧向间隙并把每个滑台94、96固定的纵向滚道91和根据具体情况可随滑台94或96一起运动的纵向滚道93之间。

滑台94、96沿各自的导轨90，92的运动沿所谓右Y轴（或方向）或左Y轴（或方向）进行。相同的滚珠丝杠机构被用来象将要说明的那样沿Y轴或Y向驱动滑台94、96。

每个Y轴滑台94、96载有一个阴极支承结构100和阴极机构102，它们虽然左右相对地定位在各自的滑台94、96上（如图4所示），但却是完全相同的。因此，下面只叙述在右滑台96上的阴极支承结构100和阴极机构102。当然，同样的阴极支承结构和阴极机构也安装在滑台94上并可与之一起运动。

参照图11～13，显示出阴极支承结构100包括一个直接固定在滑台96上的水平框架板110，一个固定在水平框架板110上的垂直框架板112，和一个也固定在水平框架板110上的向外倾斜的框架板114。

一个滚珠丝杠/螺母套120固定在连在垂直框架件和向外倾斜的框架件之间的横向框架件122、123、125上。套120内是一个普通的滚珠螺母124，其内装有一个滚珠丝杠126，它们之间有已公知形式的循环滚珠（未示出）。缆线121从电源延伸过来并固定在套120上，以便在阴极机构102和IBR10之间产生适当极性的电势。在ECM中，IBR10作为阳极。

滚珠丝杠126的一端126a安装在向外倾斜的框架件114中的球轴承组128中。端126a用键132与驱动轴134连接，在轴上安装了蜗轮136。驱动轴134经轴承组135可转动地安装在固定于倾斜的框架件114上的壳体137中。蜗轮136被直流伺服电机142输出轴140上的蜗杆138驱动旋转。滚珠丝杠126的转动必然使滚珠螺母124在套120中直线运动。

具体地说，滚珠螺母124被机螺丝148（只画出一个）紧固在中空的阴极杆150上，该杆被支承住以便在中空的轴套152和154中滑动，这两个轴套同心对正以便螺母被丝杠带动沿右或左X轴方向作直线运动。如图所示，右阴极杆150和轴套152、154相对于水平面倾斜一个角度（例如30°）延伸。当然，左阴极杆及所属的轴套也与水平面倾斜30°，但是方向相反。当然，当俯视时，右和左X轴线与机床中心面P正交。

一个指示器板160安装在阴极杆150上与之一起运动，指示器板160上安装有另一个指示器支承板162，其目的如下所述。

如图所示，中空轴套154安装在被机螺丝固定在垂直框架件112上的轴套支持件166上（图14）。中空轴套154的上开口端终止于一个收入一个位于侧面76内的平边矩形孔172中的开口端套170处。套170的外形为互补的矩形以适合孔172，并且包括用机螺丝176紧固在侧面板46上的一个环形法兰170a。出于下述理由，套170的圆柱形内孔的内径大于圆柱形阴极杆150的外径，因此阴极杆被有间隙地放入其中以便沿右X轴向，并且更重要地，也沿与之垂直的右Y轴向运动。当然，垂直框架件112也包括一个孔112a以收容中空轴套154。

圆柱形杆150终止于一端150a，一个阴极支持块180经过一个机螺丝（未示出）和螺纹孔150b固定在端150a上，该支持块被有间隙地收入在横侧面板46上的平边矩形孔或孔道172中，以便沿右X轴和Y轴向滑动，如后面详述的那样。为了这一滑动支持块180的侧面形状与孔道172互补。

如图11中所示，多个O形密封圈190被用于防止灰尘及异物进入中空轴套152和154。并且，如图11、14和22所最佳显示的那样，矩形密封件192被置于横侧面74和垂直框架件112之间。设置密封件192的意图将在后面解释。

根据到此为止的详细描述可以明白，右和左垂直框架件112可沿各自的右和左Y轴向相对于电解腔形成结构34的横侧面74或76平行地运动。

如图12～13所极好显示的那样，可随指示器板160一起运动的指示器支持板162带有控制阴极杆150朝着电解腔的运动的调整螺钉191和控制阴极杆离开电解腔的运动的调整螺钉193。调整螺钉191、193分别与限位开关195、197结合，这些开关控制各自的驱动电机142的过调运动。当然，调整螺钉191、193可以相对于限位开关195、197旋动而调节。限位开关195、197安装在垂直的横向框架件127上，后者又安装在垂直的横向框架件125上。一个度盘式千分表199也装在指示器支持板162上，与轴套支承件166上的挡块201配合，以显示阴极杆沿各自的右和左X轴向的移动量。

在EOM过程中，需要沿右或左Y轴向可放松地夹持或锁定右和左垂直框架件112的位置，当然从而也夹持或锁定了滑台94、96和阴极杆150的位置。为此，提供了在电解腔形成结构34的横侧面74、76上的呈方阵分布，具体地说如图4、5和14针对右侧面76所示的方阵的角上的四个圆柱形轴销200组成的可放松的夹持装置。每个轴销200被一个锁定法兰202和配套的机螺丝204固定在横侧面76的固定位置上。销轴的长度足以伸过垂直框架件112的自由表面112a，如图14～16所示，具体地说，每个销轴200穿过框架件112的椭圆槽210、垫圈214的圆柱孔212和位于垫圈214下面的椭圆减磨板216的椭圆孔215。垫圈214包括一个小半径的曲线中央肩台218，其目的后面将述及。当然，垫圈214和减磨板216随垂直框架件212一起相对于穿过它们的销轴200沿Y轴向运动。椭圆减磨板216被机螺丝217紧固在框架件212上。

靠近每个销轴200的自由端有一个横销220把一个U形叉222铰接到每个轴销200上。如图15极好地显示的那样，横销220相对于U形叉上的大半径凸轮224偏心布置。凸轮224与每个配套的垫圈214的半径较小的中央肩台218结合并接触。每个U形叉222本身被横销228铰接到一个气动缸或其他流体缸230的输出轴229上。每个缸又被横销232铰接安装在固定于电解腔形成结构34上的一个托架234上。具体地说，最靠近机床前面的上、下缸230铰接到用机螺丝236固定在前板38上的托架234上。

如在图4、5和7中最好地看到的那样，最靠近机床背面的上、下缸230铰接到用机螺丝242固定在结构34的背面或后板42上的托架234上。

当所有的上、下缸230被驱动以缩回它们的输出轴229时，每个U形叉222就被从图13～15中点划线所示的放松位置转到买线所示的夹紧位置，使大半径凸轮224偏心地压紧半径较小的中央肩台218，迫使垂直框架件112趋向并顶住结构34的横侧面74、76，以便把阴极支承结构100可放松地夹持在沿右和左Y轴向的一个选定的位置上。当然，框架件112的夹持或夹紧也把配套的滑台94、96和阴极杆150夹紧在一个选定的右或左Y轴位置上。当右和左框架件112被这样夹紧时，横侧面74、76和配套的框架件112间的矩形密封件192受压缩而在它们之间实现可靠的密封性以防止穿过那里的任何潜在的电解液泄漏。然而，甚至当配套的右或左垂直框架件112沿其Y轴运动时，每个密封件192仍实现其密封功能。

移动右和左Y轴滑台94、96的机构是相同的，移动滑台96的机构示于图10，它包括一个直流伺服电机260，其输出轴262通过键264与一个普通的齿轮减速器268的中空轴266连接。齿轮减速器268又带动一个普通的滚珠丝杠270，它以与图11中所示的滚珠丝杠126固定在倾斜框架件114上的方式相同的方式固定在壳体272上。滚珠丝杠270带动一个用机螺丝276固定在安装于水平框架件110上的垂直板278上的滚珠螺母274直线运动。于是，滑台96和94就被各自的直流伺服驱动电机和所述的滚珠丝杠装置沿各自的右或左Y轴向驱动。

如以上所提到的，圆柱形中空阴极杆150终止并紧固在一个阴极支座或支持块180上，它被收入横侧面板46中的矩形直边孔道172中，以双向滑动。每个阴极支持块180有一个如图17所示那样固定在其上的阴极组件300，以致每个阴极机构或装置102包括导电阴极组件300、阴极支持块180和接受通过套120的电流的阴极杆150。每一组杆300（图29和30）包括一个阴极支架302和附在其上的内凹阴极304或外凸阴极306，如图31和32所示。每个阴极的阴极支架302除空间关系相反外。结构完全相同。每个支架302包括一个支持板310和用拧进螺纹孔314（只画出一个）的机螺丝（未示出）与之连接的填板312。每个支持板包括一个键槽或槽316，当装配时它面对阴极支持块180，还包括承装把阴极支架302固定在阴极支持块180上的机螺丝的多个螺纹孔318。阴极支持块180上的螺纹孔180a（图11）承装这些机螺丝。外凸和内凹阴极304和306被安在支持板和阴极上的孔324、326中的多个销322和拧在支持板和阴极上的与销孔成一线（图30）的螺纹孔329、331（只画出一个）中的多个机螺丝327（只画出一个）固定在阴极支持板310上。

外凸阴极306包括一个外形与待加工的翼型叶片16的外凸侧面18互补，而尺寸使得可以在ECM过程中在该侧面18上加工出理想精度的内部的凹工作面330。外凸阴极306包括平直且基本平行的侧面332、334，从工作面延伸到阴极支架的平直侧面310a、310b，并一同延伸。外凸阴极的顶面336有一个窝或凹槽340，它是成形的并有一定深度以收容直接毗邻被外凸阴极加工的叶片16′的一个翼型叶片，象将要说明的那样。如图30和32所示，外凸阴极的顶面336和底面342是平直且基本平行的。

内凹阴极304包括一个外形与待加工的翼型叶片16的内凹侧面20互补、而尺寸使得可以在ECM过程中在该侧面20上加工出理想精度的内部的凸加工面350。内凹阴极包括平直且基本平行的侧面354、356和平直且基本平行的顶面和底面358、360（图29和30），在顶面有一个窝或凹槽362，它是成形的并有一定深度以收容直接毗邻被内凹阴极加工的叶片的一个翼型叶片，象将要说明的那样。

阴极凹槽340和362的整个凹槽表面上有一个电绝缘层或覆盖层340a、362a，以防止在加工16′时有不希望的漏电电流流过毗邻16′的叶片16，象将要说明的那样。

其中有阴极组件300的电解腔36示于图17和11。可以看到，阴极支持块180和阴极支架302的平直底面在导座402的相反倾斜的平面400上滑动。固定在导座402中央的是一个由G10玻璃/环氧树脂材料制成的顶部密封块404。顶部密封块404被两个同轴线的键408安装在导座402上（图17和37），并且朝着在电解腔36中的阴极304、306向上延伸。

如图33～36所示，顶部密封块404包括相反倾斜的平直导向面410、412，在阴极运动过程中阴极的平直底面342、358在其上被密封地导向。倾斜的导向面410、412的倾斜角度与导座402的倾斜面400的倾角相同，都为30°。顶部密封块402的中央部是一个尖顶密封件420，其外形和取向都为了定位和密封地接触在阴极304、306之间待加工的翼型叶片16′的顶部。尖顶密封件420相对叶片顶部取一理想角度以实现这一定位和密封接触作用。顶部密封块404用在螺纹孔422中的多个机螺丝403安装在导座402上，以便可以针对具有不同的翼型叶片结构的IBR使用不同的顶部密封块404。

如图17所示，当阴极运动时，阴极支持块180和阴极支架302的顶面被一个电解腔盖54上的反向倾斜的导向面428、429导向，该盖54示于图18～21并将在后面来叙述。

如图22和23所示，横向反向倾斜的槽431、433在结构34中由侧板44、46上的孔道172，导座402，盖54上的导向面428、429及前板38的内壁450和后板42的内壁452形成。很明显，阴极杆150、阴极支持块180、阴极支架302和附在其上的各自的阴极304、306在相反倾斜的孔道431、433中运动。当然，孔道431、433相对于水平面成30°角互相倾斜。

电解液流通过后板42上的电解液进口440进入阴极304、306之间。如图17和22所示，进口440与阴极在孔道431、433中的运动方向交叉并朝着阴极304、306的工作面330、350延伸。来自进口440的电解液在阴极工作面330、350和被加工的翼型叶片的侧面18、20之间流动并且在阴极从开始加工位置向终了位置移动的过程中流进前板38上的排放孔60。导座402和导向面428、429与阴极支持块、阴极支架及阴极之间的密封接触在ECM过程中当阴极从开始加工位置向终了位置运动时防止电解液从该处泄漏，象将要说明的那样。同理，内壁450与阴极支持块及阴极支架之间的接触也防止电解液从该处泄漏。

然而，在后板42的内壁452与阴极支持块、阴极支架和阴极的后面之间有一个间隙空间460，它是很大的（例如1英寸），以便为Y轴阴极运动作准备。为了密封住这个空间460，还为了引导并形成一个朝着翼型叶片的电解液流，第一和第二密封活塞470、472可动地安装在后板42上以交叉（垂直）于孔道431、433运动，从而与阴极支持块、阴极支架和阴极的平直后面密封接合，以防止加工时电解液从该处泄漏，除了如图所示的某些特点空间相反外，两个密封活塞是一样的。如图11所示，当横向运动时，每个密封活塞的下斜面471支持在座402上，而上斜面473则跨在导向面228上。密封活塞的前面475是平直的，以便与每个阴极304、306的后平面密封接触。密封活塞470、472带有一对O形密封圈474并被安装在后板42外面的第一和第二液压缸或流体缸480驱动而横向滑动。缸的活塞杆484与连在密封活塞上的轴428连接。

如以上及此后所述，当使阴极沿各自的导轨94、96向前运动而开始ECM加工时（在阴极开始加工位置，图45），阴极304、306和阴极支架位于图22所示的顶着前板38的内壁450的最前方的左、右Y轴位置。可以看出，密封活塞封住后板42的内壁452与阴极和阴极支架后面之间的孔道431、433。在阴极互相对着并朝着叶片16′沿各自的左、右X轴前进并开始来自进口440的电解液流动之前，当阴极如下所述离开协调位置到加工位置时，密封活塞被移入所示的密封接合。

电解液由一个一般的泵（未示出）和一个电解液贮箱（未画出）高压送到进口440。

参照图18～21，电解腔形成结构34的盖54包括一个顶板500和用螺丝紧固在其上的嵌入物502、504和506，如图所示，在它们之间有一个如图所示延伸于其间的密封件510。顶板500和嵌入物502、504、506由G10玻璃/环氧材料制成。

很明显，前面提到的导向面428、429分别在嵌入物502、504上。同样明显的是，俯视时顶板500有一个基本为矩形的窝520，而且构成开口56的较小的窝522和524位于窝520的底部透过顶板500和嵌入物502、504、506。如图所示，窝522和524俯视时基本为矩形，而正视时则大体为半圆形。窝520的底部、绕窝522、524朝外设置了一个密封件530，其目的以后叙述。

盖54用多个机螺丝532紧固在结构34的顶部。这样固定时，窝524便适于收容IBR10的轮毂12的一部分，而窝522则适于收容几个从轮毂径向伸出的翼型叶片16。很明显，窝522的底部向电解腔36敞开，所以那些叶片也伸进腔中。窝522制成所示的复杂形状以适应IBR的扭曲的翼型叶片，而且其形状可以按照待加工的IBR及IBR叶片而变化。嵌入物502、504、506可换成具有不同形状的其他嵌入物，以适应其他的IBR。从图18和37中可看清，嵌入物504、506的形状提供了一个电解液流动通道540，该通道接近待加工叶片16′处变窄。同样，嵌入物502、504、506形成一个变宽的电解液排放通道542以便把电解液送到排放孔60。

于是，顶板500和嵌入物502、504、506形成一个腔550，阴极304、306可从待加工叶片16的相对两侧18、20进入该腔。阴极304、306在此腔中的末端行程终了位置（图46）示于图17。

如图5、6和9所示，C形机架32包括一对平行的垂直导轨600，其上可滑动地安装着一对平行的垂直滑台602。垂直滑台602固定于一个由垂直后支持件606、上水平支持件608和下水平支持件610组成的支持结构604。一对垂直加强件612在水平件608和610之间伸向机床前面。由于被固定在滑台602上，支持结构604可沿垂直或Z轴向运动。Z轴滑台和支持结构可被一个由直流伺服电机613驱动的滚珠丝杠611带动作垂直运动。具体地说，电机轴出轴616上的蜗杆614驱动与滚珠丝杠611上端键连接的驱动轴620上的蜗轮618。滚珠螺母622固定在水平支持件608上从而形成Z轴滑台的驱动机构。

支持结构604铰支着一个其上带有IBR的轭状组件630。具体地说，轭状组件630包括一个水平的轭零件632、一个后垂直轭零件633和一个前垂直轭零件636。如图9所最好示出的，水平轭零件632被一个从其中穿过的带法兰的轴销638铰支在下水平支持件610上。轴销638被束帽640和与围绕轴销上端的环形件644结合的机螺丝卡住不能转动。由于后述的原因，轭状组件630可进行角度调整，方法是松开螺丝642，将轭状组件630、轴销638和束帽640转动所需角度，然后旋紧机螺丝642，从而可放松地锁定轭状组件的调好的位置。

一个由诸如已公知的G10玻璃/环氧复合材料之类的电绝缘材料制成的绝缘板646设于水平轭零件632和下支持件610之间并固定在后者上，以防止电流流到支持结构604上。

轴销638的中心线或轴线与机床中心面P和阴极中心面CC的交线及被加工的叶片16′的中心线重合。

如图26和28所最佳显示的那样，轭状组件630在前、后垂直轭零件634、636之间载有并支持一根导电的旋转心轴650和一根分度器短轴652。具体地说，心轴前端650a装入位于垂直轭零件636上的电绝缘轴套656中。心轴的后端装入并用键659可拆卸地键连接在铜分度器轴652上的铜套660中，以便通过分度器轴带动心轴进行增量旋转分度。分度器轴652装在并用键671键连接于驱动轴673。一个一般的齿轮减速器的输出轴653a通过键675与驱动轴673连接，该驱动轴由绝缘材料制成以便把齿轮减速器653和分度电机670从分度器电隔离。

套660有多个径向槽662，一个缸666的锁定柱塞664插入槽中以便可放松地锁定心轴的角位置。可以用一个数控伺服电机取带槽662和柱塞664对心轴进行分度以确定心轴的角位置。

如图5和38～40所示，分度器轴652被一个由直流电机670驱动的齿轮减速器输出轴按角增量驱动。电缆线排676在ECM过程中载有从电源到框架678的直流电流，框架上固定着齿轮减速器（图38～40）。电缆线排676用一个带枢轴677a的黄铜缆线保持器677固定在铜制支持框678上，使IBR成为一个阳极的极性适当的直流电流通过框678和分度器轴652流到支持着IBR的心轴650。分度器轴652借助轴套686与轭状组件630电绝缘。为确保分度器轴与缆线排676之间有良好的导电接触，用机螺丝679把一个铜卡子681（图41）固定在铜制支持框678和铜制侧轨678a上。卡子681的上下臂681b、681c之间有一个槽681a，并且能绕孔681d挠曲。卡子的另一个槽681g中装一个螺母683。双作用缸680包括固定在卡子上臂681b上的带螺纹的壳体680a。缸680有一个带有可旋入螺母683中的螺纹端682a的杆682。气缸680沿一个方向的动作使其杆682升起并弹性地围绕铜制分度器轴652的后端闭紧卡子681。杆的反向动作以及卡子绕孔681d的回弹开放动作使卡子松开。这种轴卡紧动作也用来在ECM过程中对轴652和心轴的转动分度位置进行锁紧，绝缘块685位于导电的安装687和垂直轭零件634之间以便把直流电机670电绝缘。

很明显，卡子681包括其间确定一个承装并卡紧分度器轴652后端的孔681f的上、下臂681b、681c。

分度器轴652可以转动地装在垂直后轭零件634上的套686中。

如图26所最佳显示的，心轴650上套了一个定位套690、一个卡紧套或环692、锁母694和隔套696。密封护罩700包括一个直接放在心轴上的后半部702和一个放在卡紧套692上的前半部704。一个带有定位键708（只画出一个）的锁环706紧固在定位套690的径向台肩690a上。许多周向布置的机螺丝701和定位销703伸入定位套690和锁环706间以使它们正确对准。

很明显，IBR10的轮毂12靠在定位套706的圆柱形定位轮毂706b上，键708位于IBR的周向分布的径向槽10a上。转动锁母694使卡紧套的径向环形凸缘692a紧压在IBR的轮毂12上，以进一步锁紧IBR在心轴上的位置。因为心轴、定位套、卡紧套全是导电的，在ECM过程中，IBR通过这些零件得到ECM直流电流。

还如图26所示，部分用G10材料制成的密封护罩700封闭IBR，只有IBR的部分10a通过护罩法兰部720的矩形底部开口710伸出。护罩后半部702和前半部704被多个圆周分布的系留螺栓722可拆卸地紧固在一起（图24）。前半部上销孔723中的两个导销724位于护罩后半部与前半部之间使这两半部正确对准。护罩的前后半部上有基本为圆形的密封件730、732，与IBR的环形凸缘10b、10c密封结合。如图所示，在护罩前后半部之间有一个圆弧形的密封件734。

护罩700前半部的前面有一个供心轴和卡紧套通过的孔721，还有一对提手740，取下螺栓722之后可用该提手把前半部摘下，以便在加工完成后从心轴上取下IBR并装上新的IBR供加工。当然，为了使护罩前半部和IBR能从心轴上滑出，还应取下锁母694、卡紧套692和前垂直轭零件636。拆下螺丝637就能取下前垂直轭零件636。

后半护罩部分702包括一个供心轴和定位套通过的孔723。

密封护罩700的底部有一个大体为矩形的法兰部720（图24～25），一旦轭状组件630绕轴销638转动使IBR横中心面W转到与处于工件加工位置M处的窝520的中心面H的角度一致时，该法兰部适于以紧公差装入顶盖54的基本为矩形的窝520中。窝中心面H的角度按具体的IBR和叶片结构选定，以使阴极304、306容易接近待加工的翼型叶片16′的相对侧面18、20。因为IBR中心面W已与窝中心面H基本重合，所以Z轴滑台602降低，把护罩矩形法兰部720以紧公差装入窝520，于是法兰部和窝起第一和第二定位装置的作用，以便把待加工的翼型叶片16′在电解腔中准确定位在处于阴极加工位置的阴极304、306之间的工件加工位置M上。当法兰部被放进并对齐窝520时，穿过法兰孔710的轮毂部10a就被收入窝524而被加工的叶片16′和与它直接毗邻并穿过法兰孔710的叶片就以宽松的间隙被收入窝522。窝520底部的密封件530封压在密封护罩700的法兰部720的底面722上，以防止高压电解液泄漏。

在图28所示的替代方案中，同样的特征采用带撇的同样标号，可把一个密封件723′放在密封护罩700′的法兰部720′的底722′上，与盖54′的顶部密封结合。一个下垂的法兰部725′连同盖54′上的孔727′一起作为定位装置精确地定位待加工的叶片。

虽然心轴650和IBR10可在密封护罩700中以转动增量方式分度，但护罩本身在心轴分度时被水平轭零件632上的保持板740固定住。具体地说，保持板740被放置得贴近密封护罩700顶部的平面700a，防止了护罩的大的转动，虽然确有一些微小的摇摆。

在把有尺寸余量的单个翼型叶片加工到最终尺寸的ECM过程中，Z轴滑台602的运动使轭状组件630向上缩回，这时把IBR固定在心轴上。在此固定位置，心轴650穿过IBR的中心安装孔14和密封护罩前半部704和后半部702上相应的孔，并且被卡紧如图26所最佳显示的那样。分度器轴652被电机670分度到一个所谓的1号位置，把一个单个翼型叶片16′放入中央下垂位置，使其在机床中心面P中的中心线下基本上在平面P和在工件加工位置M的阴极中心面CC的交线上，准备插进电解腔中阴极304和306之间，如后面所述。当然，直接毗邻待加工的叶片16′的叶片16″和16″′也如图42所示的那样随着下垂。

松开螺栓642和束帽640，绕轴销638转动轭状组件630，把IBR横中心面W置于对处于加工位置M和阴极加工位置下机床中心面P（图3）和阴极中心面CC成选定的角度关系（B角），以便使阴极304、306接近叶片16，并把密封护罩700的定位法兰720置于与结构34的顶盖54的定位窝520对齐所需的角度。轭状组件630的铰支角位置用束帽640上的系留螺栓642可松开地锁定。

当Z轴滑台602位于对固定其上的IBR完全缩回的原位时，右X轴杆和左X轴杆150完全缩回到在电解腔中的原位，在腔中两个阴极304、306沿各自的左右Y轴从在工件加工位置M处的机床中心面P缩回约2英寸，以提供宽松的间隙。同样，右Y轴滑台和左Y轴滑台96、94缩回到原位，两个阴极304、306相对左Y轴或右Y轴缩到后面，以使阴极中心面CC位于离毗邻工件加工位置M的阴极加工位置约1英寸处，并使中心面CC与其在阴极加工位置的位置平行，以提供宽松的间隙。通向电解液进口的电解液阀关闭，而且直流电源（未画出）关断。

机器的启动循环包括把阴极304、306从原位移到图42和44所示的协调位置。右阴极306从原位到协调位置的运动包括由各自的右电机142和260驱动的沿右X轴和右Y轴的同步运动，而左阴极从原位到协调位置的运动包括由各自的左电机142和260驱动的沿左X轴和左Y轴的同步运动。虽然阴极304的左X轴和Y轴运动是同步的，不过它们也能相继分步进行，但这并不可取。这同样适用于阴极306同步地沿右X轴和Y轴的运动。

可以看出，在所示的具体IBR的协调位置，阴极304（内凹阴极）所处的位置使参考中心线R₁在阴极中心面CC上，而阴极306所处的位置则使参考中心线R₂偏离阴极中心面CC。参考中心线R₁和R₂是对应于翼型叶片垂直中心线F的与处于终加工位置时阴极304、306的工作面有关的位置的参考线，而且被用来安排必要的阴极运动程序以接近和在翼型叶片16′上加工理想的最终尺寸。

当然，阴极306在Y轴的偏置是由Y轴滑台96和它的驱动电机142实现的。对所示的具体IBR，不需要阴极304沿左Y轴偏置以接近叶片16′的凹侧面，虽然这当然是可能的。如果IBR的翼型叶片16与所示的倾斜方向相反，则阴极304将要偏置而阴极306不偏置;即，阴极304、306与阴极中心面CC的关系要倒过来。

从图44所示的协调位置，阴极被送到图45所示的在工件加工位置的叶片16′相对两侧对准的阴极加工位置，而Z轴滑台602同时把在加工位置M的待加工叶片16′插入电解腔中，借助于护罩700和定位窝520的配合精确定位叶片16′，使其中心线F在工件加工位置M处的机床中心面P内并与平面P和中心线F的交线基本重合。当叶片16′及毗邻的叶片16″、16″′定位在电解腔中时，护罩的顶板54如上面说明的那样还起它们之间的密封作用。

阴极304、306向阴极加工位置的运动在图42和44中用箭头表示。图44中断开的圆线表示图45中所示的阴极加工位置的参考中心线R1和R2的最终位置。相对于翼型叶片16′的中心线F的R1和R2的阴极加工位置示于图45。

很明显，为到达所示的右阴极加工位置，阴极306沿右X轴和Y轴两方向都进行了运动。一般来说，阴极306沿这两个方向的运动是靠右杆150的右驱动电机142和载有右阴极支承结构100的滑台96的右驱动电机260的同时操纵而同步进行的。也很明显，阴极304只沿左X轴方向运动而没有左Y向运动。因此阴极304的运动与阴极306的双向运动及把叶片16′在电解腔36中定位的Z轴滑台602的垂直向下运动同时进行。虽然显示了阴极306的直线双向运动，也会清楚，根据IBR的结构，阴极306的双向运动轨迹也可以是曲线以便接近待加工的叶片，并通过适当操纵阴极杆和滑台的驱动电机来实现。

当在Z轴滑台602上的叶片16′和朝着阴极加工位置的阴极304、306同步运动时，直接毗邻16′的叶片16″、16″′被分别收入阴极304、306的凹槽340、362中，并且不与阴极304、306接触，如图45所示。

当阴极304、306从协调位置向阴极加工位置运动时，密封活塞470分别被各自的流体缸480驱动与阴极304、306配合沿Y轴向朝着腔36的前面运动以结合和跟随向阴极加工位置的阴极运动。或者，在阴极到达图45的阴极加工位置后再使密封活塞与阴极密封结合。

一旦阴极304、306和叶片16′（Z轴滑台602）被定位于阴极加工位置，直流电就供到阳极缆线676从而IBR和叶片16′、阴极缆线121（右和左）从而阴极304、306。铜卡子681被缸680操纵夹紧分度器轴652，确保它们之间的良好导电性，并进一步锁紧分度器轴的位置。而且，与左、右Y轴滑台94、96配合的上、下夹紧缸230动作，把滑台94、96如上所述地夹紧在阴极加工位置的Y轴位置。然后电解液阀打开，通过电解液进口440引入流动的高压电解液（例如一种盐水溶液）。

阴极304、306从图45所示的阴极加工位置沿其各自的左、右X轴互相对着并朝着叶片16′的各自侧面18、20前进，同时与收在阴极凹槽内的毗邻叶片16″、16″′不接触，从而去除叶片16′（侧面18、20）上的多余尺寸或包络E并把进气边和出气边、圆角半径和台部加工到最终尺寸。阴极的阴极终了位置示于图46，很明显，参考中心线R1和R2与在工件加工位置M终加工叶片的中心线F重合。阴极304、306沿X轴前进的进给速度低于从协调位置向阴极加工位置前进的速度。

在加工过程中，当阴极从图45的阴极加工位置向图46的阴极终了位置移动时，高压电解液从进口440连续排出并被密封活塞470提供的流动通路导向叶片16′，并且由于密封活塞对阴极后面的密封结合而基本上避免了从阴极后面绕过阴极的旁路现象。还有，叶片16′的顶部压住顶密封件420，也进一步减小了电解液的旁通作用。

当阴极从阴极加工位置向阴极终了位置前进时，阴极上每个凹槽340、362中的电绝缘层340a、362a防止漏电电流流过停滞在凹槽中，处在凹槽中的毗邻叶片16″、16″′和相应的阴极之间的电解液。也可以用电绝缘材料掩蔽这些毗邻的叶片以防止产生这种不需要的漏电电流。

一旦阴极304、306到达图46的阴极终了位置，直流电源关断，铜卡子681松开，杆150（右和左）沿左右X轴慢慢后退，把阴极撤离终加工后的叶片16′0.005英寸，而叶片16″、16″′仍在阴极凹槽中且不与阴极接触。电解液阀关闭，夹紧缸230去能以松开Y轴滑台94、96。阴极和阴极杆150及Z轴滑台602以介于前述的高速和低速之间的速度回到协调位置，并仍不与毗邻叶片16″、16″′接触。

在协调位置，分度电机613把分度器轴652分度到下个位置（下个槽662），锁定柱664被缸666撤回以便使另一个翼型叶片16就位以插入电解腔36加工。一般来说，分度器轴652依次把所有其他叶片分度到插入腔中的位置。

缸666和柱塞664当然要动作以便把分度器轴锁定在它的新位置上。

然后重复上述从阴极加工位置到阴极终了位置的动作顺序，以加工新定位的叶片，并且一直重复到所有的单个叶片都被加工到最终尺寸为止。

当IBR的叶片全都加工完毕，阴极304、306和Z轴滑台602退回原位，以便卸下加工完的IBR并把另一个IBR装到心轴上进行加工。

虽然从协调位置到阴极加工位置的机床操作已结合阴极306双向运动（右X轴和右Y轴）和阴极304只沿左X轴不沿左Y轴运动这种横式进行了叙述，但是对于熟悉本技术领域的专业人员来说很明显的是，如果一个具体的IBR结构需要的话，两个阴极304、306也能同时独立地和双向地运动。

虽然前面详细叙述了本发明的某些最佳实施例，但熟悉技术领域的专业人员将清楚地认识到，在实施由下叙权利要求所限定的本发明时，能作出各种修改和变化。

Claims (17)

1、在用于对一个工件进行电化学加工的装置中，组合了用于形成一个电解腔以收容工件的一部分的装置、电解腔中的阴极工具装置、其上定位工件的心轴装置、心轴装置上的环绕除了被收入电解腔的一部分外的工件的护罩装置、用于当护罩装置和电解腔形成装置结合时使心轴装置和电解腔相对运动以便把上述部分在电解腔中定位的装置和用于使上述部分相对于上述阴极工具装置成为一个阳极的装置。

2、如权利要求1所述的组合，其中护罩装置和电解腔当上述部分在电解腔中定位时密封结合。

3、如权利要求1所述的组合，其中护罩装置和电解腔按选择互相对正结合，以便把上述部分定位在电解腔内的一个加工位置。

4、在用于对一个工件进行电化学加工的装置中，组合了其上定位工件的心轴装置、形成一个电解腔以收容工件的一部分的装置、设置在心轴装置上的环绕除了被收入电解腔的上述部分外的工件的护罩装置、腔中的阴极工具装置、用于当护罩装置和电解腔形成装置密封结合时使心轴装置和电解腔相对运动以便把上述部分在其中定位的装置和用于使工件在腔中成为一个阳极的装置。

5、如权利要求4所述的组合，其中上述护罩装置包括第一定位装置而上述电解腔形成装置包括与第一定位装置协作的第二定位装置，以便把上述部分相对于上述阴极工具装置定位于电解腔内选定的工件加工位置。

6、如权利要求4所述的组合，它还包括在护罩装置与电解腔之间的电解液密封装置。

7、如权利要求5所述的组合，其中电解液密封装置设置在电解腔形成装置上。

8、如权利要求4所述的组合，其中使工件在腔中成为一个阳极的装置包括上述心轴装置，它是导电的并与其上的工件有导电关系，还包括连接到心轴装置上的一个电源。

9、如权利要求4所述的组合，其中护罩装置包括用可拆下的紧固装置固定在后盖上的可拆卸的前盖。

10、如权利要求4所述的组合，它还包括在心轴装置上的用于把工件保持在其上的固定位置的一个夹紧装置。

11、如权利要求4所述的组合，它还包括用于使其上有护罩装置的心轴增量旋转分度从而送上工件的另一部分进行加工的分度装置，上述护罩装置被固定而不随心轴装置分度。

12、用于对带有从轮毂伸出的翼型附属部的工件进行电化学加工的一种装置，包括：

a）形成可收容附属部的一个电解腔的装置;

b）腔中的可相对于一个选定的单个附属部运动以便加工它的阴极装置;

c）可朝着和离开电解腔运动的滑台装置;

d）其上安装轮毂并架在滑台装置上以便随它运动的心轴装置;

e）架在心轴装置上，环绕除了被定位在电解腔中的附属部外的工件的护罩装置;

f）使工件在电解腔中成为一个阳极的装置;

g）滑台装置上的用于把心轴装置上的带有护罩装置的工件分度从而送上其他附属部以便收入电解腔的装置;

h）用于防止当工件被分度时护罩装置也被分度的装置;以及

i）用于使滑台运动的装置。

13、如权利要求12所述的装置，其中护罩装置包括第一定位装置而上述电解腔形成装置包括与第一定位装置协作的第二定位装置，以便把选定的单个附属部定位在相对于阴极装置的工件加工位置。

14、在用于对工件进行电化学加工的一种方法中，除了被收入电解腔的工件一部分外把工件包围在护罩中的步骤包括把工件和护罩安装在共同的支持装置上，使支持装置和电解腔相对运动以便把上述部分在电解腔中定位，把护罩与形成电解腔的装置密封结合并使上述部分在电解腔中相对于阴极工具装置成为一个阴极。

15、在用于对工件进行电化学加工的一种装置中，组合了用于形成一个电解腔以收容工件一部分的装置、除了被收入电解腔的工件部分外环绕工件并可随工件一起朝着电解腔运动的护罩装置、电解腔内的阴极工具装置、用于当护罩装置和电解腔形成装置结合时使工件和护罩装置运动以便把上述工件部分在电解腔中定位的装置、和用于使上述部分相对于上述阴极工具装置成为一个阳极的装置。

16、如权利要求12所述的装置，其中用于把工件分度的装置包括用于把工件保持在心轴装置上的固定位置的装置和用于把心轴装置分度的装置。

17、如权利要求14所述的方法，包括经过共同支持装置传导电流以便使上述部分在电解腔中成为一个阳极。

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