TWI383853B - Electrochemical processing device and processing method thereof - Google Patents

Description

電化學加工裝置及其加工方法

本發明係有關於一種加工裝置及其加工方法，特別是指一種電化學加工裝置及其加工方法。

請參閱第一圖，其係為習知技術之電化學加工裝置之結構示意圖；如圖所示，習知電化學加工裝置係將電極裝置於主軸5’上，藉由主軸5’向下移動進給，維持使加工電極20’與加工工件30’間之穩定間隙，達到加工所需之平衡間隙，而能達成加工後之加工精度與表面品質。當該裝置進行電化學加工製程時，使其間隙存在於該加工電極20’與被加工工件30’間，該工件30’之材料將因電解作用析出於該間隙間之電解液中，進而加工出相對應於加工電極之形狀，且因該間隙極為狹小或者外部電解液循環推動能力不足因素，導致電解產物無法充分及時被排除，因而影響間隙中電解液特性，間接造成該區域間之電解作用不穩定，使得該工件30’加工區域之加工精度不佳或是具有電解產物附著。

另有針對前述習知技術之缺點加以改良者，如第二圖與第三圖所示，其為達成促使間隙中電解液充分更新之目的，遂於主軸上裝設曲柄、馬達或上下微震動等機構70’，以連結於加工電極20’，促使電化學加工進行時，達到加工電極20’上下震盪之目的，必可使間隙中之電解液能充分更新，但因此提高裝置複雜度及其加工成本，且電極上下震盪造成間隙大小變化，將造成電解現象無法維持穩定，其中之電場分布隨震盪而變化，不利於製程穩定性與極間間隙之追蹤控制。另，如同第一圖所示，其中該等電化學加工裝置係利用主軸5’以Z軸方向帶動加工電極20’作直線運動，以對工件30’進行電化學加工，因此該裝置所使用之加工電極20’均與工件30’上之加工形狀呈互補狀，以至於製作該加工電極時，常需要長時間之加工製程，及較高的加工成本之缺點。

本發明之目的之一，在於提供一種電化學加工裝置及其加工方法，藉由一往復擺動單元以帶動一電極對一工件進行加工，不但可簡化加工電極之製作形狀，因此縮短加工製程及加工成本。

本發明之目的之一，在於提供一種電化學加工裝置及其加工方法，其係藉由一高頻往復扭轉微震動單元以連動電極作高頻往復扭轉微震動，據以促使電極進一步在微變動加工間隙之前提下進行扭轉動作，即可擾動間隙中電解液促使其持續更新，充分排除電解產物及電解製程所產生之氣泡，以提高該電極用於加工工件之加工精度與表面品質。

本發明之電化學加工裝置，包含一主軸、一往復擺動單元與一電極，往復擺動單元接設於主軸；電極接設於往復擺動單元。藉由主軸提供直線進給及往復擺動單元以帶動電極對工件進行加工，如此可簡化加工電極之製作形狀，更可縮短加工製程與加工成本。

而本發明之更包含一往復扭轉微震動單元，往復扭轉微震動單元係套設於電極之一軸部，藉由高頻往復扭轉微震動單元以連動電極作高頻往復扭轉微震動，使電極在不變動加工間隙之前提下進行扭轉動作，藉以擾動間隙中電解液促使其持續更新，並且可充分排除電解產物及電解製程所產生之氣泡，以提高電極用於加工工件之加工精度與表面品質。

本發明之電化學加工裝置之加工方法，包含下列步驟：設置一工件於一電解液；該工件係位於該電化學加工裝置之一加工電極之下方；啟動該電化學加工裝置進行電化學加工；以及啟動該電化學加工裝置之一往復擺動單元以連動該加工電極，使該加工電極進行直線進給及往復扭轉式之電化學加工操作。

本發明之一種往復扭轉微震動單元，以於電化學加工中帶動電極作微震動運動，其包含：一內環及一外環，且該外環位於該內環外側； 複數個肋條，接設於該外環與該內環之間；及複數個肋條，該肋條係接設於該外環與該內環之間；複數個壓電材料元件，其分別設置於該肋條之一側。

茲為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第四圖，其係為本發明較佳實施例之電化學加工裝置之立體圖，如圖所示，本發明之電化學加工裝置包含一主軸5、一往復擺動單元10與一加工電極20，往復擺動單元10接設於主軸5；加工電極20固接於往復擺動單元10。加工電極20包含一軸部201與一加工部202，軸部201組接於往復擺動單元10。如此當電化學加工裝置運作時，藉由主軸5帶動往復擺動單元10作直線加工進給，並配合往復擺動單元10帶動加工電極20作往復扭轉運動，使加工電極20以直線進給，且同時以往復擺動方式對工件30作電化學電解加工，並藉一控制單元(未圖式)以控制往復擺動單元10之擺動角度或幅度，使加工電極20之加工部202於工件30上擺動以進行電化學加工。因加工電極20係以往復擺動方式對工件30作電化學電解加工，讓工件30所產生之凹槽圖形為加工部202之擺動所掃出的範圍，以致加工電極20之加工部形狀非必需互補於預定電化學加工之孔型，如此使加工部202不受工件30所產生之加工凹陷面積、形態所限制，故可藉以簡化加工電極20之製作形狀，進而縮短加工製程及加工成本。且藉由該控制單元之控制、調整往復擺動單元10之擺動角度或幅度，可使該加工電極20適用多種加工狀態之使用，即針對不同幅寬度之加工孔型也不需另為製作一加工電極20，而具有適度的通用性及經濟性。

請一併參閱第五圖與第六圖，其係為本發明較佳實施例之往復擺動單元之分解圖與上視圖；如圖所示，往復擺動單元10包含一轉子101、一定子102與二轉動支撐元件103，轉子101穿設於定子102，定子102環設於 轉子101周緣，定子102固設於主軸5，加工電極20接設於轉子101，轉子101下方設有一孔洞104，加工電極20穿設於孔洞104而固定於轉子101，藉以使加工電極20之軸部201延伸入轉子101之孔洞104；二轉動支撐元件103分別設於轉子101之兩端並設於定子102之兩端。如此讓控制單元控制往復擺動單元10作動時之擺動角度、擺動頻率及時間等，使往復擺動單元10帶動加工電極20以往復偏擺運動，進而進行電化學電解加工。

請一併參閱第七A圖，其係為本發明另一較佳實施例之電極之結構示意圖；如圖所示，本發明之加工電極20包含軸部201與加工部202，軸部201接設於往復擺動單元10，加工部202接設於軸部201。而第七A圖之實施例之加工部202之形狀為一板狀、桿狀體(或其他形狀)，藉由加工部202在往復擺動單元10的運作下，工件30可產生一扇型的凹槽。如此可簡化加工電極20之製作形狀，進而縮短加工製程及加工成本。

請一併參閱第七B圖，其係為本發明另一較佳實施例之電極之結構示意圖；如圖所示，此實施例之不同於上一實施例在於：此實施例之加工電極20包含複數個加工部202，即該加工電極20具有兩個加工部202，而兩加工部202之間的夾角為180度而為一較長橫跨兩側之板狀、桿狀體。如此可藉由兩個線型之加工部202即可產生兩個相連之扇型的凹槽，以簡化加工電極20之製作形狀，進而縮短加工製程及加工成本。而本發明亦可包含多個加工部202，如第八圖所示之加工電極20，該加工電極20包含有3個加工部202，且些加工部202之夾角為120度。由上述可知，加工部202之個數可依需求而任意設置，且相鄰加工部202之間的夾角亦可依需求而自由設置，故可增加本發明於使用上之彈性。

再者，請一併參閱第七C圖，本發明更可藉由該往復擺動單元10於扭轉擺動時可藉由扭轉進給角度a及迴轉角度b之設定，以使扭轉進給角度a大於迴轉角度b之設定，以帶動加工電極20做扭轉擺動，而形成加工電極20扭轉擺動位置角度偏移之效果，當然，該扭轉進給角度a小於迴轉角度b之設定也可以形成加工電極20扭轉擺動位置角度往另一方向偏移之效 果，即藉該扭轉進給角度a及迴轉角度b不同之設定來形成位置角度偏移效果；或者使扭轉進給角度a等於迴轉角度b，以執行加工電極20做扭轉進給角度及迴轉角度後，且再做一增量擺動角度c，第七D圖所示，如此重複該些作動並配合該主軸5之縱向帶動加工進給，可進一步加工出具有三度空間扭轉之加工形態，例如圓柱型、螺旋型之加工凹槽，而使本發明於電化學加工領域之應用更為寬廣而極具產業利用價值。

請一併參閱第八圖與第九圖，其係為本發明另一較佳實施例之電化學加工裝置之立體圖與往復扭轉微震動單元之立體圖；如圖所示，由於排除氣泡及加工生成物之效果對於精微電化學電解加工製程的良窳影響甚大，而為了提高電化學電解加工製程之加工精度及加工效果，因此本發明更包含一往復扭轉微震動單元40，該往復扭轉微震動單元40係可受該控制單元之控制，用以產生高頻微震動；該往復扭轉微震動單元40係套設於加工電極20之軸部201，藉以提供加工電極20之高頻往復扭轉微震動能力。藉由高頻往復扭轉微震動單元40以連動加工電極20作高頻往復扭轉微震動，據以促使加工電極20在微變動加工間隙之前提下進行扭轉動作，即可藉由擾動間隙中電解液促使其持續更新，充分排除電解產物及電解過程產生之氣泡，以至加工過程中提高電流密度之穩定性，進而提升工件之加工精度與表面品質。

該往復扭轉微震動單元40包含一外環41、一內環42、複數個肋條43與複數個壓電材料元件44，內環42套設於軸部201，外環41位於內環42外側；複數個肋條43以輻射狀連接的方式接設於外環41與內環42之間；複數個壓電材料元件44設至於肋條43之一側，即該壓電材料元件44係位於複數個肋條43之同側位置。

本發明可藉由控制單元控制壓電材料元件43之作動，將因此提供加工電極20產生高頻往復扭轉微震動。且為了提高往復扭轉微震動單元40之震幅，可進一步於肋條43之另一相對側設置壓電材料元件44，即該壓電材料元件43係可設於該肋條43之兩對應側，並導入相反之電源，如此可使 往復扭轉微震動單元40之震動產生加乘之效果。

因此，藉由壓電材料之加電壓微伸縮作動之特性，使該等肋條43同時具有往復作動之推力，並連動內環42作往復式左右扭轉微震動，以連動加工電極20進行往復式迴轉微震動。因此於電化學加工時，因而使其與工件30兩者間隙中之電解液受擾動，可促使間隙中電解液更能充分更新，降低加工生成物附著，同時使電解20加工時之電解產物及氣泡充分被排除，進而增加電化學加工之穩定性及加工精度。

請一併參閱第十圖；其係為本發明較佳實施例之電化學加工裝置之加工方法之流程圖：如圖所示，本發明電化學加工裝置之加工方法，包含下列步驟：首先，進行步驟S1，設置一工件30於一電解液；繼步驟S2，設置一電化學加工裝置之一電極於該工件上方；即該工件30係設於該加工電極20下方之加工位置。之後，進行步驟S3，啟動電化學加工裝置進行電化學加工；然後，進行步驟S4，啟動電化學加工裝置之一往復擺動單元10，往復擺動單元10係受一控制單元之控制，控制單元控制往復擺動單元10往復擺動或是單一方向轉動，藉由控制單元以控制往復擺動單元10來帶動或連動加工電極20對工件30進行往復扭轉之電化學加工操作，且其中該電化學加工裝置包括主軸5之連動該加工電極20作縱向直線進給之加工。

若往復擺動單元10之往復擺動將使加工電極20於工件30上將掃出一面積，若往復擺動單元10之往復擺動以一固定擺動角度或或非固定擺動角度，以帶動加工電極20作電化學加工，且該往復擺動單元10(或主軸5)可隨著操作往一側逐漸作位置角度偏移，或進一步配合該加工電極20之縱向加工進給，則可於工件30上製作出一具深度之螺旋狀加工凹槽(如前所述，一併參第七C、D圖)，而更提升其加工應用功能。如此，本發明不但簡化了加工電極20之製作形狀，更縮短加工製程及加工成本，且進一歨拓增其應用範圍。而於步驟S4後，更包含一步驟S5，其係啟動電化學加工裝置之一往復扭轉微震動單元40。藉由往復扭轉微震動單元40於電化學加工裝置運作時，加工電極20與工件30兩者間隙中之電解液受擾動，降低加工生 成物附著，以增加電化學加工之穩定性及加工精度。

綜上所述，本發明之電化學加工裝置及其加工方法可簡化加工電極之製作形狀，因此縮短加工製程及加工成本，同時促使該電極在不變動加工間隙之前提下進行扭轉動作，即可藉由擾動間隙中電解液促使其持續更新，充分排除電解產物，以提高該電極用於加工工件之加工精度與表面品質。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

5’‧‧‧主軸

20’‧‧‧電極

30’‧‧‧工件

70’‧‧‧微震動等機構

5‧‧‧主軸

10‧‧‧往復擺動單元

101‧‧‧轉子

102‧‧‧定子

103‧‧‧轉動支撐元件

104‧‧‧孔洞

20‧‧‧電極

201‧‧‧軸部

202‧‧‧加工部

30‧‧‧工件

40‧‧‧往復扭轉微震動單元

41‧‧‧外環

42‧‧‧內環

43‧‧‧肋條

44‧‧‧壓電材料元件

第一圖為習知技術之電化學加工裝置知結構示意圖；第二圖為另一習知技術之電化學加工裝置之結構示意圖；第三圖為另一習知技術之電化學加工裝置之結構示意圖；第四圖為本發明較佳實施例之電化學加工裝置之立體圖；第五圖為本發明較佳實施例之往復擺動單元之分解圖；第六圖為本發明較佳實施例之往復擺動單元之轉子設於定子內之上視圖；第七A圖為本發明另一較佳實施例之電極之結構示意圖；第七B圖為本發明另一較佳實施例之電極之結構示意圖；第七C圖為本發明加工電極扭轉擺動位置角度偏移示意圖一；第七D圖為本發明加工電極扭轉擺動位置角度偏移示意圖二；第八圖為本發明另一較佳實施例之電化學加工裝置之立體圖；第九圖為本發明較佳實施例之復扭轉微震動單元之立體圖；以及第十圖為本發明之加工方法流程圖。

10‧‧‧往復擺動單元

20‧‧‧電極

201‧‧‧軸部

202‧‧‧加工部

30‧‧‧工件

Claims (15)

1. 一種電化學加工裝置，包含：一主軸，以提供直線進給運動；一往復擺動單元，接設於該主軸；一電極，接設於該往復擺動單元，該電極包含一軸部及至少一加工部，該電極之該軸部接設於該往復擺動單元，該電極之該加工部接設於該電極之該軸部；及一往復扭轉微震動單元，該往復扭轉微震動單元套設於該電極；其中，該往復扭轉微震動單元包含：一內環，套設於該軸部；一外環，位於該內環外側，該內環及該外環之上端設於同一水平面；以及複數個用以設置複數壓電材料元件之肋條，該些肋條係接設於該外環與該內環之間，藉由該些壓電材料元件之加電壓微伸縮作動之特性，使該些肋條同時具有往復作動之推力，並連動該外環及該內環作往復式左右迴轉微震動，以同時連動該加工電極進行同一方向之往復式迴轉微震動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電化學加工裝置，其中該往復擺動單元包含：一定子，固設於該主軸；一轉子，穿設於該定子，該電極接設於該轉子；以及二轉動支撐元件，分別套設於該轉子之兩端並設於該定子之兩端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電化學加工裝置，其中該轉子下方設有一孔洞，該電極穿設定位於該孔洞。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電化學加工裝置，其中該壓電材料元件係位於該肋條之一側。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電化學加工裝置，其中該加工部之形狀係 呈一板狀或桿狀體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電化學加工裝置，其中該電極包含複數加工部，各該加工部係呈夾角為180度或120度。
7. 如申請專利範圍第4項所述之電化學加工裝置，其中該壓電材料元件係進一步設置於該肋條之兩對應側。
8. 一種電化學加工裝置之加工方法，包含下列步驟：設置一工件於一電解液；該工件係位於該電化學加工裝置之一加工電極之下方；啟動該電化學加工裝置進行電化學加工；以及啟動該電化學加工裝置之一往復擺動單元以連動該加工電極，使該加工電極進行直線進給及往復扭轉式之電化學加工操作；其中，更包含一啟動該電化學加工裝置之一往復扭轉微震動單元之步驟，以再進行電化學加工操作，該往復扭轉微震動單元包含：一內環，套設於該軸部；一外環，位於該內環外側，該內環及該外環之上端設於同一水平面；以及複數個用以設置複數壓電材料元件之肋條，該些肋條係接設於該外環與該內環之間，藉由該些壓電材料元件之加電壓微伸縮作動之特性，使該些肋條同時具有往復作動之推力，並連動該外環及該內環作往復式左右迴轉微震動，以同時連動該加工電極進行同一方向之往復式迴轉微震動。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電化學加工裝置之加工方法，其中該往復扭轉微震動單元為一高頻往復扭轉微震動單元。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電化學加工裝置之加工方法，其中該往復擺動單元係受一控制單元之控制。
11. 如申請專利範圍第8項所述之電化學加工裝置之加工方法，其中該加工電極具有持續位置角度偏移，用以製作出具螺旋狀之加工凹槽。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電化學加工裝置之加工方法，其中該加工電極係藉該往復擺動單元或主軸之擺動位置角度進給設定而具有持續位置角度偏移之加工操作。
13. 如申請專利範圍第8項所述之電化學加工裝置之加工方法，其中該往復擺動單元之設定包括有扭轉進給角度及迴轉角度之設定，其中該扭轉進給角度不同於該迴轉角度，以帶動該加工電極如此往復作動；或者該往復擺動單元之設定包括扭轉進給角度、迴轉角度及增量擺動角度，且該扭轉進給角度及迴轉角度相等，以帶動該加工電極扭轉進給角度、迴轉角度後，再擺動增量擺動角度，如此往復作動。
14. 一種往復扭轉微震動單元，以於電化學加工中帶動電極作微震動運動，其包含：一內環及一外環，且該外環位於該內環外側，該內環及該外環之上端設於同一水平面；複數個肋條，接設於該外環與該內環之間；及複數個壓電材料元件，其分別設置於該肋條之一側面，藉由該些壓電材料元件之加電壓微伸縮作動之特性，使該些肋條同時具有往復作動之推力，並連動該外環及該內環作往復式左右扭轉微震動。
15. 如申請專利範圍第14項所述之往復扭轉微震動單元，其中該壓電材料元件進一步分別設置於該肋條之兩對應側。