TW202315692A - 複合加工電極、複合加工裝置及複合加工方法 - Google Patents

Abstract

一種複合加工電極，其具有容置空間。複合加工電極包括本體部以及磨頭部。本體部具有底端及相對底端的頂端。本體部包含一第一導電材料。磨頭部設於底端的周遭。磨頭部包含第二導電材料。容置空間至少由部分的本體部所構成。一種包括前述複合加工電極的複合加工裝置及對應的複合加工方法亦被揭露。

Description

複合加工電極、複合加工裝置及複合加工方法

本發明是有關於一種磨削件、磨削裝置及加工方法，且特別是有關於一種複合加工電極、複合加工裝置及複合加工方法。

在一般的機械製造行業中，常藉由磨削的方式對物件進行加工。一般磨削是利用高速旋轉的磨削件對被磨削的物件的表面進行研磨及/或切削。然而，物件的磨削品質（如：物件的被研磨處的表面粗糙度）常也對該物件的價值有著一定的影響。舉例而言，在高值化的航太、生醫、車輛產業中，對於物件的品質常有較嚴格的要求。

本發明提供一種複合加工電極、複合加工裝置及複合加工方法，其可使物件的被磨削處可以具有較佳的磨削品質。

本發明的複合加工電極具有容置空間。複合加工電極包括本體部以及磨頭部。本體部具有底端及相對底端的頂端。本體部包含第一導電材料。磨頭部設於底端的周遭。磨頭部包含第二導電材料。容置空間至少由部分的本體部所構成。

在本發明的一實施例中，本體部為中空管體，且磨頭部套設於該體的底端，以與本體部共同構成容置空間。

在本發明的一實施例中，複合加工電極更包括止檔件。止檔件設於頂端的周遭。容置空間至少由部分的本體部及止檔件所構成。

在本發明的一實施例中，第一導電材料與第二導電材料的硬度不同。

在本發明的一實施例中，磨頭部的一表面為粗糙面。

本發明的複合加工裝置適於對物件進行電化學加工及機械磨削加工。複合加工裝置包括固定座、運動機構以及複合加工電極。固定座適於固定物件。複合加工電極連接於運動機構。複合加工電極具有容置空間且包括本體部及磨頭部。容置空間少由部分的本體部所構成且適於被注入冷卻劑，以適於冷卻複合加工電極的磨頭部。

在本發明的一實施例中，複合加工電極更具有至少一流通孔。流通孔連通於冷卻劑容置空間，以於複合加工裝置對物件進行電化學磨削製程時，使冷卻劑動態冷卻複合加工電極的磨頭部。

在本發明的一實施例中，複合加工裝置更包括電源供應器。電源供應器電性連接於複合加工電極或物件。在複合加工裝置對物件進行電化學磨削製程時，使複合加工電極的磨頭部與物件之間藉由電源供應器而具有對應的電壓差。

在本發明的一實施例中，複合加工裝置更包括電解液供應器。在複合加工裝置對物件進行電化學磨削製程時，電解液供應器適於將電解液注於複合加工電極的磨頭部與物件之間。

本發明的複合加工方法包括以下步驟：提供前述的複合加工裝置；以及藉由複合加工裝置的複合加工電極的磨頭部對物件進行電化學磨削。

基於上述，本發明的複合加工電極具有冷卻劑容置空間。因此，在藉由複合加工電極及/或包含其的複合加工裝置進行電化學磨削時，可以藉由冷卻劑容置空間內的冷卻劑使產生的熱量快速地被帶離。如此一來，可使物件的被磨削處可以具有較佳的磨削品質。

以下將參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。另外，實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，除非有特別的說明，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

為了清楚表示圖式中各方向的關係，於部份的圖示中以卡氏座標系統（Cartesian coordinate system；即XYZ直角坐標系統）來表示對應的方向。

在附圖中，為了清楚起見，可能放大或縮小了部分的元件或構件的尺寸。另外，為求清楚表示，於圖式中可能省略繪示了部分的元件或構件。

在說明書中所表示的數值（如：在後述的實例或比較例中）中，可以包括該數值以及在本領域中具有通常知識者可接受的偏差範圍內的偏差值。上述偏差值可以是於製造過程或量測過程的一個或多個標準偏差（Standard Deviation），或是於計算或換算過程因採用位數的多寡、四捨五入或經由誤差傳遞（Error Propagation）等其他因素所產生的計算誤差。

在此使用的術語集僅用於描述特別的實施方式的目的並非意在限制本發明構思。如在本發明中使用的，單數形式「一」也將包括複數形式，除非本文另外明確指定。還將理解的是，術語「包括」，當用在該說明書中時，詳細說明所述特徵、整體、步驟、操作、元素和/或元件的存在，但不排除一個或更多個特徵、整體、步驟、操作、元素、元件及/或其群組的存在或添加。

除非另外定義，在此使用的所有術語（包括技術術語和科學術語）具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者通常理解相同的含義。還將理解的是，術語（諸如在通常使用的字典中定義的那些）應解釋為具有與在相關技術背景中的含義一致的含義，並不應以理想化或過於正式的意義解釋，除非在此明確這樣定義。

圖1A是依照本發明的一實施例的一種複合加工電極的部分立體透視示意圖。圖1B是依照本發明的一實施例的一種複合加工電極的部分剖視示意圖。

請參照圖1A及圖1B，複合加工電極100包括本體部130以及磨頭部110。本體部130具有頂端135及相對於頂端135的底端131。磨頭部110設於本體的底端131。本體部130內具有容置空間170。也就是說，複合加工電極100所具有的容置空間170至少由部分的本體部130所構成。

在本實施例中，本體部130及磨頭部110皆為電極的一部份，因此皆具有導電性質。在一實施例中，本體部130及磨頭部110各包含導電材料。本發明並未限定本體部130的材質與磨頭部110的材料為相同或不同。在一實施例中，本體部130及磨頭部110的材料皆相同，例如：鋼材。在另一實施例中，本體部130的材料與磨頭部110的材料不相同，本體部130可以包括適於加工的第一導電材料，例如：SUS 304鋼材，磨頭部110的材質可以包括適於研磨的第二導電材料，例如：鎢鋼，在此實施例中，第二導電材料的硬度大於第一導電材料。在一實施例中，第一導電材料的導電度大於第二導電材料的導電度。

在一實施例中，本體部以及磨頭部可以為不同的構件所組成。舉例而言，可以將磨頭（即，對應於前述磨頭部110）套設於管體（即，對應於前述本體部130）的一端，以組成前述的磨頭部及前述的本體部。在一實施例中，前述管體用於被套設的一端（即，對應於前述本體部130的底端131）可以具有螺紋，且前述磨頭可以具有對應的螺紋，而使管體及磨頭可以適於彼此套設，但本發明不限於此。在一實施例中，彼此套設的管體及磨頭可以再藉由焊接的方式以更佳地被固定且/或提升彼此的密合性，但本發明不限於此。在一實施例中，管體的一端（如：對應於前述本體部130的底端131處）及磨頭之間可以裝有密合墊（如：O型環（O-ring）或軟質的金屬片（如：O型銅片，但不限）），以提升密合性。在一實施例中，複合加工電極100所具有的容置空間170可以是由部分的本體部及部分的磨頭部所構成。

在一實施例中，本體部以及磨頭部可以為不同的構件所組成。舉例而言，可以藉由鑽孔的方式，從一柱狀體的一端，形成一盲孔（即，對應於容置空間170）。然後，可以將磨頭（即，對應於前述磨頭部110）套設於前述具有盲孔的柱狀體（即，對應於前述本體部130）的一端，以組成前述的磨頭部及前述的本體部。

在一實施例中，本體部以及磨頭部可以同為一體。舉例而言，可以藉由鑄造、削切、研磨及/或拋光的方式，形成外型相同或相似於前述本體部130及前述磨頭部110的柱狀體。然後，可以再從前述柱狀體的一端，藉由鑽孔的方式，形成一盲孔（即，對應於容置空間170）。

在一實施例中，本體部130的外表面133可以具有散熱結構。散熱結構可以包括鰭片（cooling fins），但本發明不限於此。散熱結構可以藉由適當地刻畫、研磨或其他適宜的方式（如：刻畫或研磨前述管體或柱狀體的外表面）所形成。

在一實施例中，磨頭部110遠離該本體部130的一表面111及/或部分的邊緣112為具有粒狀及/或外貌為不規則的粗糙面。如此一來，可以使複合加工電極100的磨頭部110更適於磨削物件（如：圖2B或圖2C中的物件700）。在一實施例中，磨頭部110的表面111及/或部分的邊緣112可以形成有或嵌有適於磨削的粒子或物質（如：鑽石、碳化鎢、碳化鈷、碳化鈮、碳化鈦、碳化鉭或上述物質之粉或粒；但不限）。

在本實施例中，複合加工電極100可以更包括止檔件150。止檔件150設於本體的頂端135。容置空間170可以由部分的本體部130及部分的止檔件150所構成。在一實施例中，止檔件150的材質可以包括塑膠，但本發明不限於此。

在一實施例中，止檔件150可以具有至少一流通孔。舉例而言，流通孔可以包括流入孔156及流出孔157。流通孔連通於容置空間170，以於複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時，使冷卻劑動態冷卻複合加工電極100的磨頭部110。

圖2A是依照本發明的一實施例的一種複合加工裝置的部分側視示意圖。圖2B是依照本發明的一實施例的一種複合加工裝置及其應用方式的部分立體示意圖。圖2C是依照本發明的一實施例的一種複合加工裝置及其應用方式的部分側視示意圖。在本實施例中，複合加工裝置200所採用的複合加工電極可以包括前述實施例的複合加工電極100。因此，在後續的圖式或說明中採用相同或相似的標號或用語進行說明，並對於重覆的內容不加以贅述。在一未繪示的實施例中，所採用的複合加工電極可以為相似於複合加工電極100的複合加工電極。

請參照圖2A至圖2C，複合加工裝置200可以包括固定座270、運動機構210以及複合加工電極100。固定座270適於固定被磨削的物件700。複合加工電極100連接於運動機構210。在複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時（如：圖2B及/或圖2C所繪示），藉由運動機構210的控制，可以使複合加工電極100的磨頭部110適於對物件700進行電化學磨削。

在一實施例中，運動機構210可以包括一般在可動機構設計上常用的可動模組（如：水平移動模組、垂直移動模組、轉動移動模組或上述之組合），其中可以包含對應的硬體或軟體，或是進一步結合輔助件。舉例而言，可動模組可以由供電裝置、馬達、皮帶、齒輪及其他相關元件等所構成，於本發明並不加以限制。前述的相關元件例如包括通訊元件、功率元件、偵測元件等，於本發明並不加以限制。前述的軟體例如包括空間位置運算軟體、錯誤記錄軟體、通訊軟體等，於本發明並不加以限制。前述輔助件例如包括移動軌道、移動軸、減震元件、定位裝置、接地裝置等，於本發明並不加以限制。

舉例而言，藉由運動機構210可以使複合加工電極100在一旋轉方向Rd上進行旋轉。如此一來，複合加工電極100的磨頭部110觸碰到物件700時，物件700被觸碰的部分可以被複合加工電極100的磨頭部110磨削。

再舉例而言，藉由運動機構210可以使複合加工電極100在一方向（如：圖2C中所繪示的X方向、Y方向或Z方向）移動。如此一來，可以使物件700被磨削的部分具有對應的圖案及/或深度。舉例而言，物件700被磨削處可以構成對應的內凹柱面、內凹錐面、平面、螺紋、齒輪及/或其他可能且適宜的圖型。

在本實施例中，至少在複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時（如：圖2C所繪示），複合加工電極100的容置空間170適於被注入冷卻劑870，以適於冷卻複合加工電極100的磨頭部110。

冷卻劑870可以包括具有高熱容量（heat capacity）（如：熱容量高於本體部130及/或磨頭部110）、高熱穩定（thermal stability）、高閃點（flash point）及/或低黏度的物質。在一實施例中，冷卻劑870可以包括液態冷卻劑或氣態冷卻劑，但本發明不限於此。液態冷卻劑可以包括水或冷卻油，但本發明不限於此。氣態冷卻劑可以包括六氟化硫，但本發明不限於此。

在一實施例中，至少在複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時（如：圖2C所繪示），冷卻劑870可以藉由流通孔流入/流出容置空間170，以使冷卻劑870可以動態冷卻複合加工電極100的磨頭部110。舉例而言，流通孔可以包括流入孔156及流出孔157。冷卻劑供應器（未繪示）可以經由流入孔156將溫度較低的冷卻劑870注入容置空間170，並使溫度較高（相對於被注入的冷卻劑870的溫度）的冷卻劑870對應地從流出孔157流出。

在本實施例中，複合加工裝置200可以更包括電源供應器230。電源供應器230電性連接於複合加工電極100或物件700。在複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時（如：圖2B所繪示），藉由電源供應器230可以使複合加工電極100的磨頭部110與物件700之間藉由電源供應器230而具有對應的電壓差。

在一實施例中，在複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時，物件700的電壓大於磨頭部110的電壓。舉例而言，電源供應器230的兩極可以分別電性連接於複合加工電極100及物件700，並使物件700的電壓可以為正電壓，且磨頭部110的電壓可以為負電壓。再舉例而言，電源供應器230的一極可以電性連接於物件700，並使物件700的電壓可以為正電壓，且磨頭部110可以接地（可視為0伏電壓）。又舉例而言，電源供應器230的一極可以電性連接於複合加工電極100，並使物件700可以為接地（可視為0伏電壓），且磨頭部110的電壓可以為負電壓。

在一實施例中，類似於固定座270的固定座的主體材質可以為絕緣體。如此一來，可以使物件700與前述固定座彼此互相絕緣；或是，在對物件700進行電化學磨削製程時，可以降低流經前述固定座的電流。

在一實施例中，物件700可以藉由連接件（未直接繪示）而被固定於類似於固定座270的固定座（未限定為導體或絕緣體）上。並且，用於將物件700與前述固定座連接的連接件可以為絕緣體，以使物件700與前述固定座之間相絕緣或電性分離。舉例而言，用於將物件700與前述固定座連接的連接件可以包括絕緣螺絲或對應的絕緣墊片。如此一來，可以使物件700與前述固定座彼此互相絕緣；或是，在對物件700進行電化學磨削製程時，可以降低流經前述固定座的電流。

在一實施例中，可以先將物件700藉由類似於固定座270的固定座（為導體）固定於絕緣底座上（未繪示），且物件700可以與前述固定座電性連接。並且，前述固定座270可以藉由導電元件（如：電線，但不限；未繪示）而電性連接至接地端或電源供應器230。

在本實施例中，複合加工裝置200可以更包括電解液供應器250。在複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時（如：圖2C所繪示），電解液供應器250適於將電解液850注於複合加工電極100的磨頭部110與物件700之間。電解液850的種類可以依據磨頭部110及/或物件700進行適應性地選擇，於本發明並不加以限定。

在一未繪示的實施例中，固定座270面向複合加工電極100的表面271上可以具有至少一導流道。如此一來，在對物件700進行電化學磨削製程時，可能可以使電解液850較容易地經由導流道導離固定座270的表面271。

在一實施例中，在複合加工裝置200對金屬材質的物件700進行電化學磨削製程時，可藉由電源供應器230可以使複合加工電極100的磨頭部110與物件700之間藉由電源供應器230而具有對應的電壓差，並可藉由電解液供應器250將電解液850注於複合加工電極100的磨頭部110與物件700之間。如此一來，在複合加工裝置200對物件700進行電化學磨削製程時，可以藉由對應的電化學反應而使被加工的金屬材質物件700的表面產生對應的鈍態金屬氧化物，並且，藉由再藉由旋轉的複合加工電極100以磨削前述的陽極生成物（即，鈍態金屬氧化物）。如此一來，在複合加工裝置200對金屬材質的物件700進行電化學磨削製程時，可以藉此提升電化學溶出效率。

在一實施例中，在複合加工裝置200對金屬材質的物件700進行電化學磨削製程時，由於高速旋轉的複合加工電極100在磨削前述的陽極生成物時，可能會因為磨擦生熱的關係而使局部區域（如：磨頭部110的表面111及/或邊緣112、物件700的被磨削處、及/或前述兩者之間）產生微氣泡；或是，因為兩極（正負極）接觸（如：磨頭部110的表面111及/或邊緣112與物件700的被磨削處）短路放電關係產生之瞬間高溫，複合加工電極100的磨頭部110表面的磨粒受持續冷（如：因與電解液850接觸而冷卻）熱（如：前述的短路放電所產生的熱傳導）衝擊反覆瞬間溫度落差，而可能導致磨粒不耐快速剝離或掉落失效，造成複合加工電極100失去原有磨削力而影響物件700的被磨削處的表面粗糙度；或是，因為其他綜合性因素（如：短路放電與摩擦生熱等）影響物件700的被磨削處表面粗糙度。因此，在複合加工裝置200對金屬材質的物件700進行電化學磨削製程時，可以藉由容置空間170內的冷卻劑870使產生的熱量快速地被帶離（如：熱通量（heat flux）可以正比於溫度梯度（temperature gradient））。如此一來，可以提升物件700被電化學磨削後的磨削品質（如：物件700的被磨削處具有較低的表面粗糙度（Ra））。

＜ 實例及比較例 ＞

為了證明本發明的複合加工電極100及/或包括相同或相似於前述複合加工電極100的複合加工裝置200適於對物件700進行電化學磨削製程，並且，物件700的被磨削處可以具有較佳的品質，特別以下列實例及比較例作為說明。然而，這些實例及/或比較例在任何意義上均不解釋為限制本發明之範疇。

實例及比較例分別採用了相同或相似的複合加工裝置（即，包括了相同或相似於前述複合加工電極100的複合加工電極），在相同或相似的磨削條件（如：在類似於前述旋轉方向Rd上的轉速、在類似於前述X方向或Y方向上進給速度及/或相同或相似的磨削加工時間）下，對相同或相似的物件（如：市售型號為SKH9的高速鋼）進行電化學磨削；差別在於：在實例中為將冷卻劑（如：相同或相似於前述冷卻劑870的冷卻劑）注入複合加工裝置的容置空間（如：相同或相似於前述容置空間170的容置空間）；而為了模擬不具有容置空間的其他複合加工電極，在比較例中，未將冷卻劑注入容置空間。也就是說，在比較例中，複合加工裝置的容置空間內可以為一般的空氣。

圖3A是實例的部分上視圖。圖3B是比較例的部分上視圖。圖4A是實例的部分側視剖面放大圖。圖4B是比較例的部分側視剖面放大圖。另外，圖4A可以是圖3A中的實例C在I-I’剖線上的側視剖面放大（掃描電子顯微鏡放大約500倍）圖，圖4B可以是圖4B中的比較例F在II-II’剖線上的側視剖面放大（掃描電子顯微鏡放大約2000倍）圖。

各實例及各比較例的研磨條件及研磨後的被研磨面的表面粗糙度（Ra）如[表1]所示。

[表1]

	實例A	實例B	實例C	比較例D	比較例E	比較例F
添加冷卻劑	有	無
轉速(rpm)	3000
進給速度(µm/s)	10
加工時間(min)	30
Ra (μm)	0.81	0.88	0.85	1.15	1.17	1.21
平均Ra (μm)	0.85	1.18

綜上所述，藉由本發明的複合加工電極或具有複合加工電極的複合加工裝置對物件進行電化學磨削後，物件的被磨削處可以具有較佳的磨削品質。

100:複合加工電極 110:磨頭部 111:表面 112:邊緣 130:本體部 131:底端 133:外表面 135:頂端 150:止檔件 156:流入孔 157:流出孔 170:容置空間 200:複合加工裝置 270:固定座 271:表面 210:運動機構 230:電源供應器 250:電解液供應器 870:冷卻劑 850:電解液 Rd:旋轉方向 X、Y、Z:方向 700:物件

圖1A是依照本發明的一實施例的一種複合加工電極的部分立體透視示意圖。 圖1B是依照本發明的一實施例的一種複合加工電極的部分剖視示意圖。 圖2A是依照本發明的一實施例的一種複合加工裝置的部分側視示意圖。 圖2B是依照本發明的一實施例的一種複合加工裝置及其應用方式的部分立體示意圖。 圖2C是依照本發明的一實施例的一種複合加工裝置及其應用方式的部分側視示意圖。 圖3A是實例的部分上視圖。 圖3B是比較例的部分上視圖。 圖4A是實例的部分側視剖面放大圖。 圖4B是比較例的部分側視剖面放大圖。

100:複合加工電極

110:磨頭部

111:表面

112:邊緣

130:本體部

170:容置空間

Claims (10)

1. 一種複合加工電極，具有容置空間，且所述複合加工電極包括： 本體部，具有底端及相對所述底端的頂端且包含第一導電材料；以及 磨頭部，設於所述底端的周遭且包含第二導電材料，其中所述容置空間至少由部分的所述本體部所構成。
2. 如請求項1所述的複合加工電極，其中所述本體部為中空管體，且所述磨頭部套設於該本體部的所述底端，與該本體部共同構成所述容置空間。
3. 如請求項1所述的複合加工電極，更包括： 止檔件，設於該頂端的周遭，且所述容置空間至少由部分的所述本體部及所述止檔件所構成。
4. 如請求項1所述的複合加工電極，其中所述第一導電材料與所述第二導電材料的硬度不同。
5. 如請求項1所述的複合加工電極，其中所述磨頭部的一表面具有粗糙面。
6. 一種複合加工裝置，適於對物件同時進行電化學加工及機械磨削加工，所述複合加工裝置包括： 固定座，適於固定所述物件； 運動機構；以及 複合加工電極，連接於所述運動機構，所述複合加工電極具有容置空間且包括本體部及磨頭部，其中所述容置空間至少由部分的所述本體部所構成且適於被注入冷卻劑，以適於冷卻所述複合加工電極的所述磨頭部。
7. 如請求項6所述的複合加工裝置，其中所述複合加工電極更具有至少一流通孔，所述至少一流通孔連通於所述容置空間，以於所述複合加工裝置對所述物件進行所述電化學磨削製程時，使所述冷卻劑動態冷卻所述複合加工電極的所述磨頭部。
8. 如請求項6所述的複合加工裝置，更包括： 電源供應器，電性連接於所述複合加工電極或所述物件，其中在所述複合加工裝置對所述物件進行所述電化學磨削製程時，使所述複合加工電極的所述磨頭部與所述物件之間藉由所述電源供應器而具有對應的電壓差。
9. 如請求項6所述的複合加工裝置，更包括： 電解液供應器，其中在所述複合加工裝置對所述物件進行所述電化學磨削製程時，所述電解液供應器適於將電解液注於所述複合加工電極的所述磨頭部與所述物件之間。
10. 一種複合加工方法，包括： 提供如請求項6之複合加工裝置；以及 藉由所述複合加工裝置的所述複合加工電極的所述磨頭部對所述物件進行電化學磨削。

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