TWI784584B - 用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極 機構，其係包含有：一中心主軸，係組接於一加工母機之驅動模組，並得以獲得作動之動力；一旋轉傳動模組，包括一外軸套、一軸承以及一內軸套，該外軸套與該內軸套組接，該軸承設置於該外軸套、內軸套之間，該中心主軸穿樞通過該軸承，該外軸套連接一負極性電極以及一固定把手，該固定把手則與該加工母機上之一固定桿配合，該外軸套不會跟著該中心主軸旋轉，該內軸套被該中心主軸帶動旋轉；一浮動刀把模組，組接於該中心主軸並跟著該中心主軸旋轉；至少一導電繩，其係一端連接該旋轉傳動模組，另一端則連接該浮動刀把模組，將連接於該外軸套之該負極性電極輸出的電流傳遞至該電極管。

Description

用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構

本發明係有關於一種用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，特別是將電化學加工與刷磨加工的優點予以整合，使電化學加工與刷磨加工得以同步進行的一種機構。

電化學加工是藉由電能轉換為化學能，將材料經由陽極溶解而達到移除之目的。因為刀具電極不與工件接觸，因此不會產生接觸應力以及造成刀具磨損的情況產生，只是，在電化學的加工過程中，可能會造成加工表面的晶粒缺陷或是在金屬表面產生包覆緻密的金屬氧化膜，此金屬氧化膜會隔絕金屬與電解液，最終使金屬無法溶解阻礙財材料移除，影響電化學加工的加工效率。因此，在電化學加工中，必須同時透過刷磨加工將金屬氧化膜、鈍化層或加工表面的晶粒缺陷進行移除，以提高製程之材料移除率。

但是，如果要同時進行上述二種加工動作，必須將工件分別安裝至二種機器、並且分開操作二種不同的加工動作，將工件從一加工機上拆下、移動並更換至另一加工機器上，再重新裝上是非常耗費時間與人力。最重要的是，失去加工的精密度與連續性。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，可以直接裝設於傳統CNC多軸加工母機，即可將CNC多軸加工母機轉用為電化學加工機具，只需配合使用電解液供輸設備，即可進行電化學加工與電化學研磨，不但安裝容易、更可節省成本及操作空間，提高傳統CNC多軸加工母機的利用效能及使用彈性。

又，本發明之又一目的為整合電化學加工與刷磨加工之各別優勢、改善鈍化層阻礙電化學加工之缺陷與減少進行二次加工之時間花費，設計一組立機構使得電化學加工與刷磨加工得以同步進行，能夠同步移除鈍化層，提高電化學之反應速度，使其移除效率達到傳統電化學加工之數倍，並透過刷磨可刮平材料表面凸起之難溶解區域，改善表面粗糙度。

為達成本發明之目的，本發明所提供的一種用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，裝設於一加工母機上，並由該加工母機所具有之一驅動模組提供動力，一金屬工件連接陽極性電極並設置於該加工母機之機台上，該金屬工件與機台之間並設置有一絕緣轉接座；該複合式旋轉電極機構包含：一中心主軸，係組接於該加工母機之該驅動模組，並得以獲得產生上升、下降與旋轉之作動的動力；一旋轉傳動模組，包括一外軸套、一軸承以及一內軸套，該外軸套與該內軸套組接，該軸承設置於該外、內軸套之間，該中心主軸穿樞通過該內軸套並可帶動該內軸套旋轉；該外軸套連接一負極性電極；一浮動刀把模組，組接於該中心主軸並跟著該中心主軸旋轉，該浮動刀把模組包括一電極管、一連接套以及一研磨組件，該連接套穿套組配於該電極管之上端外部，該研磨組件配設於該電極管下端外部並可與該金屬工件接觸；至少一導電繩，係分別以其一端 連接該旋轉電極之該內軸套，另一端則連接該浮動刀把模組之該連接套，將連接於該外軸套之該負極性電極輸出的電流傳遞至該電極管。

根據本發明一實施例，透過外部供應電解液至該金屬工件的加工區域，該電極管與該金屬工件發生電化學反應，而該研磨組件旋轉時則能對該金屬工件提供研磨動作。

根據本發明一實施例，該旋轉傳動模組還包含有一固定把手，該固定把手之一端與該外軸套連接，另一端連接於該加工母機上之一固定桿，使該外軸套不會跟著該中心主軸旋轉。

根據本發明一實施例，該旋轉傳動模組之該外軸套具有一容裝空間、一心孔，該心孔貫通該容裝空間與外部，該內軸套中心凸設一軸管，該軸管的外徑小於該容裝空間，該軸承穿套於該軸管上並容置於該容裝空間內。

根據本發明一實施例，該軸承係為一滾針軸承。

根據本發明一實施例，該旋轉傳動模組更具有一自潤止推墊片，該自潤止推墊片套設於該軸管上並設置於該外、內軸套之間。

根據本發明一實施例，該研磨組件包含有一連接座與複數個陶瓷研磨刷，該連接座具有一中心孔與環設於該中心孔周圍之複數個組接孔，該電極管穿樞通過該中心孔並藉一樞接元件抵緊而組接，該些陶瓷研磨刷則穿樞於該些組接孔並藉相對應數目之樞接元件分別抵緊而組接。

根據本發明一實施例，其中該中心主軸穿套有一預負載之壓縮彈簧，再以一軸套包覆與約束該壓縮彈簧，該中心主軸得以於一預定範圍內上下浮動並帶動該浮動刀把模組同步作動。

根據本發明一實施例，其中該導電繩係為一編織銅網線。

根據本發明一實施例，其中該導電繩二端各設有一樞接部，於該樞接部上設一穿孔，藉樞接元件穿過該穿孔後鎖緊而連接。

100:複合式旋轉電極機構

10:中心主軸

11:壓縮彈簧

12:軸套

20:旋轉傳動模組

21:外軸套

211:容裝空間

212:心孔

213:導線

22:軸承

23:自潤止推墊片

24:內軸套

241:軸管

25:固定把手

30:浮動刀把模組

31:電極管

32:連接套

321:樞接元件

33:研磨組件

331:連接座

332:陶瓷研磨刷

333:中心孔

334:組接孔

335:樞接元件

336:孔

40:導電繩

41:樞接部

42:穿孔

43:樞接元件

50:外部機構

M:金屬工件

L:電解液

200:絕緣轉接座

201:不鏽鋼治具

202:導線

203:固定桿

圖1為本案之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構立體組合外觀示意圖。

圖2為本案之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構立體分解外觀示意圖。

圖3為本案之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構組合剖視示意圖。

圖4為本案之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構之平面動作示意圖。

以下，針對本發明有關之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構的構成及技術內容等，列舉各種適用的實例並配合參照隨文所附圖式而加以詳細地說明；然而，本發明當然不是限定於所列舉之該等實施例、圖式或詳細說明內容而已。

再者，熟悉此項技術之業者亦當明瞭：所列舉之實施例與所附之圖式僅提供參考與說明之用，並非用來對本發明加以限制者；能夠基於該等記載而容易實施之修飾或變更而完成之創作，亦皆視為不脫離本發明之精神與意旨的範圍內，當然該等創作亦均包括在本發明之申請專利範圍內。

另外，為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者；而關於本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚呈現，以下實施例所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等，僅是參考附加圖示的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明；再者，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的元件標號。

請參閱圖1至圖4，其為顯示本發明之複合式旋轉電極機構100的一實施例。本發明之複合式旋轉電極機構100得裝設於一加工母機上，並由該加工母機所具有之一驅動模組提供動力。如圖4所示，一金屬工件M係設置於前述該加工母機之機台上，於該機台上並設置一絕緣轉接座200(可以是壓克力材質或電木製成)，於該絕緣轉接座200上設置一不鏽鋼治具201，該金屬工件M被該不鏽鋼治具201夾持，該不鏽鋼治具201連接陽極性電極(+)係透過一導線202；前述之加工母機、機台、驅動模組等皆屬習知，且非本發明之主要技術特徵，在此不予贅述亦不再另外以圖式表示。

本發明之複合式旋轉電極機構100可以對金屬工件M進行電化學與機械刷磨的複合加工；如圖1至3所示，該用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構100其包含一中心主軸10、一旋轉傳動模組20、一浮動刀把模組30、以及二導電繩40。

該中心主軸10係組接於該加工母機之該驅動模組，使該中心主軸10得以獲得產生旋轉以及上升、下降等動作的動力，該中心主軸10並 穿設有一預負載之壓縮彈簧11，再以一軸套12包覆與約束該壓縮彈簧11，使該中心主軸10得以於一預定範圍內上、下浮動(請配合參閱圖3)。

該旋轉傳動模組20包括有一外軸套21、一軸承22、一自潤止推墊片23以及一內軸套24；該外軸套21與該內軸套24組接，該外軸套21具有一容裝空間211、一心孔212，該心孔212貫通該容裝空間211與外部，該內軸套24中心凸設一軸管241，該軸管241的外徑小於該容裝空間211，該軸管241穿套該自潤止推墊片23、該軸承22，該軸承22並容置於該容裝空間211內，該自潤止推墊片23設置於該外、內軸套21、24之間，該中心主軸10穿樞通過該旋轉傳動模組20；又，該外軸套21連接一負極性電極(-)以及一固定把手25，該外軸套21連接一負極性電極(-)係透過一導線213，該固定把手25則與該加工母機上之一固定桿203配合固接，使該外軸套21不會跟著該中心主軸10旋轉，該內軸套24則被該中心主軸10帶動跟著旋轉。又，在本實施例中，該軸承22係為一滾針軸承。

該浮動刀把模組30包括一電極管31、一連接套32以及一研磨組件33，該電極管31穿樞該連接套32並藉樞接元件321由側邊穿入抵緊，該連接套32組配於該電極管31之上端外部；又在本實施例中，該電極管31為一紅銅電極。

該研磨組件33包括一連接座331與複數個陶瓷研磨刷332，該連接座331具有一中心孔333與環設於該中心孔333周圍之複數個組接孔334，該電極管31穿過該連接座331之該中心孔333、並藉樞接元件335由側邊穿入抵緊，該研磨組件33配設於該電極管31下端外部、該些陶瓷研磨刷332穿樞於該些組接孔334的方式，同樣為藉由相對應數目的該樞接元件335從側邊相對應的孔336穿入抵緊(請配合圖3所示)，該浮動刀把模組30組接於該中心主軸10下方、並跟著該中心主軸10旋轉；該電極管31與該金屬 工件M之間具有一特定間距，而該研磨組件33可與該金屬工件M接觸。另外，該浮動刀把模組30與該中心主軸10組接，可藉由該中心主軸10之該壓縮彈簧11，當該浮動刀把模組30跟著該中心主軸10上、下浮動，透過改變該浮動刀把模組30於加工表面之下壓深度，如此，可以控制該研磨組件33之該些陶瓷研磨刷332之下壓力，調整研磨深度。

再者，該導電繩40係分別以其一端連接該旋轉傳動模組20之該內軸套24，另一端則連接該浮動刀把模組30之該連接套32，用以將連接於該外軸套21之該導線213輸入的負極性電極(-)電流傳遞至該電極管31；於本實施例中，該導電繩40是由一編織銅網線所構成，該導電繩40二端各設有一樞接部41，於該樞接部41為金屬材質製成，且具有一穿孔42，藉樞接元件43穿過該穿孔42後鎖緊而連接。

如圖4所示，該旋轉傳動模組20之該外軸套21係連接有負極性電極(-)，而且該外軸套21、該內軸套24皆以鋁合金材質製成，並配合有二該導電繩40連接至該浮動刀把模組30之該連接套32，將負極性電極(-)輸出的電流傳導至該電極管31，該電極管31靠近該該金屬工件M，因此，使該負極性電極(-)藉該導線213送出的電流可以穩定傳遞至該金屬工件M的加工區域內，再配合由外部機構50輸送之該電解液L流到該金屬工件M的加工區域，使該金屬工件M得以透過電解液L將電子傳導轉變為離子傳導，誘發離子遷移而產生陽極溶解(anodic dissolution)效應以達到移除材料的目的，使金屬工件M的表面形貌改變，產生電化學溶解效用。

再者，該研磨組件33係抵靠於該金屬工件M，當該浮動刀把模組30跟著該中心主軸10旋轉，該浮動刀把模組30旋轉時即能以該研磨組件33之該些陶瓷研磨刷332對該金屬工件M提供研磨動作，利用研磨刷之機 械力於電化學陽極腐蝕過程中同時將材料表面產生之鈍化層移除，產生高活性之加工表面，最終使移除效率達到傳統電化學加工之數倍。

接著說明本發明的操作方式。依上述結構形式所組成的本發明之複合式旋轉電極機構100裝設於一加工母機上，將金屬工件M連接正極性電極(+)、該旋轉傳動模組20連接負極性電極(-)，透過該中心主軸10被該加工母機之該驅動模組帶動，先下降靠近該金屬工件M，該驅動模組並接著帶動該中心主軸10、該旋轉傳動模組20、以及該浮動刀把模組30旋轉；在轉動的同時，由外部送進的電解液L被輸入至該金屬工件M的加工區域，並且以該導線213將負極性電極(-)送出的電流經由該外軸套21、該內軸套24、該導電繩40、最終傳至該電極管31。當該中心主軸10旋轉時，該導電繩40可跟著該旋轉傳動模組20旋轉；又因該導電繩40之設計結構，得以避免高電流流經該浮動刀把模組30的其它連接元件，進而解決了該浮動刀把模組30跟著該中心主軸10上、下浮動時可能在伸縮處造成電流輸入損耗之問題。

當加工開始時，當由外部供給電解液L(9.6L/mim)流至加工區域後，下降該中心主軸10，透過控制該研磨組件33之該些陶瓷研磨刷332之下壓深度，以控制研磨之下壓力(7N)，該中心主軸10旋轉時帶動該電極管31、與該些陶瓷研磨刷332，該些陶瓷研磨刷332搭配研磨下壓力(7N)、研磨轉速(400rpm)刷磨該金屬工件M的表面，同時以脈衝電壓(Open voltage：25V,Pulse-on time：0.5s,Pulse-off time：0.5s)產生電流傳導至該電極管31，最終產生電化學反應和刷磨之複合效果。又，在加工過程中所使用的下壓力、研磨轉速、電流量、及電解液流速等操作參數可依該金屬工件M的物性進行調整，在此不特別加以限制。

本發明所揭示的用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構100，依照實際需求設計加工電極之幾何尺寸、陶瓷研磨刷之幾何外型，以及該浮動電極30可以控制加工時該些陶瓷研磨刷332之下壓力，調整研磨深度，再者，設計旋轉電極之電流輸入機構，利用固定旋轉軸承套環保持電極與旋轉之浮動刀把接觸，使電流可進行穩定傳遞，該陶瓷研磨刷332固接於該電極管31下端，該旋轉傳動模組20連接於該中心主軸10下端，並設置於該陶瓷研磨刷332上方，該陶瓷研磨刷332、該旋轉傳動模組20一同旋轉，本發明之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構100能夠同步進行電化學與刷磨加工，透過旋轉電極之電流輸入機構來克服將電流輸入旋轉零件之困難，達到穩定傳遞電流之目地，更藉由整合電化學加工與研磨刷研磨兩製程為一複合式加工，而獲得各別之優勢，同步加工之概念可節省二次加工的時間浪費。

本創作雖以實施例揭露如上，然其非以限定本創作的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作的精神範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:複合式旋轉電極機構

10:中心主軸

20:旋轉傳動模組

21:外軸套

213:導線

22:軸承

23:自潤止推墊片

25:固定把手

30:浮動刀把模組

31:電極管

32:連接套

321:樞接元件

331:連接座

332:陶瓷研磨刷

335:樞接元件

40:導電繩

41:樞接部

43:樞接元件

203:固定桿

Claims (10)

1. 一種用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其係裝設於一加工母機上，並由該加工母機所具有之一驅動模組提供動力，一金屬工件連接陽極性電極並設置於該加工母機之機台上，該金屬工件與該機台之間並設置有一絕緣轉接座；該複合式旋轉電極機構包含：一中心主軸，其係組接於該加工母機之該驅動模組，並得以獲得作動之動力；一旋轉傳動模組，包括有一外軸套、一軸承以及一內軸套，該外軸套與該內軸套組接，該軸承設置於該外、內軸套之間，該中心主軸穿樞通過該內軸套並且可帶動該內軸套旋轉，該外軸套連接一負極性電極；一浮動刀把模組，其係組接於該中心主軸並跟著該中心主軸旋轉，該浮動刀把模組包括一電極管、一連接套以及一研磨組件，該連接套穿套組配於該電極管之上端外部，該研磨組件配設於該電極管下端外部並可與該金屬工件接觸；以及至少一導電繩，其係一端連接該旋轉傳動模組之該內軸套，另一端則連接該浮動刀把模組之該連接套，將連接於該外軸套之該負極性電極輸出的電流傳遞至該電極管；其中透過外部供應電解液至該金屬工件的加工區域，該電極管與該金屬工件產生電化學反應，而該研磨組件旋轉時則能對該金屬工件提供研磨動作。
2. 如請求項1所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該旋轉傳動模組還包含有一固定把手，該固定把手之一端與該外軸套連接，另一端連接於該加工母機上之一固定桿，使該外軸套不會跟著該中心主軸旋轉。
3. 如請求項1所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該旋轉傳動模組之該外軸套具有一容裝空間、一心孔，該心孔貫通該容裝空間，該內軸套中心凸設一軸管，該軸管的外徑小於該容裝空間，該軸承穿套於該軸管上並容置於該容裝空間內。
4. 如請求項3所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該軸承係為一滾針軸承。
5. 如請求項3所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該旋轉傳動模組更具有一自潤止推墊片，該自潤止推墊片套設於該軸管上並設置於該外軸套、及該內軸套之間。
6. 如請求項1所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該研磨組件包含有一連接座與複數個陶瓷研磨刷，該連接座具有一中心孔與環設於該中心孔周圍之複數個組接孔，該電極管為穿樞通過該中心孔並藉一樞接元件抵緊而組接於該浮動刀把模組，該些陶瓷研磨刷為穿樞於該些組接孔並藉相對應數目之樞接元件分別抵緊而組接於該連接座。
7. 如請求項1所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該中心主軸穿套有一預負載之壓縮彈簧，再以一軸套包覆與約束該壓縮彈簧，使該中心主軸得以於一預定範圍內上下浮動並帶動該浮動刀把模組同步作動。
8. 如請求項1所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該導電繩係由銅線編織而成。
9. 如請求項1所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該導電繩的二端各設有一樞接部，於該樞接部為金屬材 質製成，並具有一穿孔，藉樞接元件穿過該穿孔後鎖緊而連接於該旋轉傳動模組。
10. 如請求項9所述之用於電化學加工與刷磨加工之複合式旋轉電極機構，其中該導電繩為兩條。

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