基于速度控制的电化学加工外圆面台阶成型方法技术

一种基于速度控制的电化学加工外圆面台阶成型方法，待加工成台阶状的工件包括两个区域，分别为需要加工成较细外圆的台阶下区域以及需要加工成较粗外圆的台阶上区域，该方法对台阶上区域进行绝缘处理，然后控制移动阴极在工件上方多次来回移动加工；直至去除量达到阀值后进给加工，提高加工效率。若遇到台阶区域需要将移动阴极抬起，则可通过改变移动阴极的移动速度保证加工效率不变。本方法能够实现垂直台阶的形成，并能够通过移动阴极的进给提高加工效率。

Stepped Forming Method of Electrochemical Machining Outer Surface Based on Speed Control

【技术实现步骤摘要】
基于速度控制的电化学加工外圆面台阶成型方法
本专利技术涉及电化学加工技术，尤其涉及一种适用于细长轴、细长管类零件外圆面台阶成型的移动阴极电化学加工方法。
技术介绍
细长轴、细长管类零件是机械加工当中的一类难加工零件，主要是因为细长零件抗变形能力较差，在一些精度要求较高的场合，传统切削加工难以实现稳定加工。电化学加工独特的材料去除机理决定了其不产生加工应力，有利于保证加工精度。将电化学加工应用于细长轴加工具有优势。采用移动式阴极加工，可以实现小宽度阴极加工大长度零件。但是，对于带台阶的细长轴、细长管类零件，采用移动阴极时形成和准确控制台阶形状是一项难题。原因在于，移动阴极电化学加工细长轴、细长管类零件时，零件上任意一点的去除量，取决于该点所接受的加工时间和加工电流，对于台阶部位，若要保证成型精度，应当使移动阴极以同样的加工条件扫描过所有加工区域，但由于阴极具有一定的宽度，当阴极到达台阶部位时，会产生加工质量的问题。如附图2所示，在现有技术中，移动阴极1从台阶下区域A移动到即将到达台阶上区域C时采用停止运行的方式，以防止对于台阶上区域C进行加工。但这种方法导致的后果是，从台阶下区域A上靠近台阶上区域C划分出来的一个长度为移动阴极1长度的台阶区域B上不同点受到加工的时间不同，即越靠近台阶上区域C的点受到加工的时间越短，最终在台阶区域B形成一个锥形而非一个垂直的台阶。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于速度控制的电化学加工外圆面台阶成型方法，能够加工形成垂直台阶。为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于速度控制的电化学加工外圆面台阶成型方法，待加工成台阶状的工件包括两个区域，分别为需要加工成较细外圆的台阶下区域以及需要加工成较粗外圆的台阶上区域，该方法包括如下步骤：S1：在所述台阶上区域表面包裹一层绝缘材料；S2：采用与所述工件的轴向长度比为0.001～0.5的移动阴极沿所述工件的轴线方向对所述工件进行多次往返移动加工，其中，所述移动阴极在单次移动加工的过程中，其移动速度以及其与所述工件中心轴的距离保持不变；S3：当所述台阶下区域的去除厚度达到预先设定的阀值K时，控制所述移动阴极靠近所述工件并重复S2过程；若所述移动阴极与所述工件中心轴的距离小于所述台阶上区域的外径，则针对所述移动阴极从所述台阶下区域向所述台阶上区域方向移动的单向移动过程如下：当所述移动阴极即将触碰到所述台阶上区域时，控制所述移动阴极远离所述台阶下区域，使得所述移动阴极能够但还未开始跨过所述台阶上区域，并在此时立即减慢所述移动阴极的移动速度，减慢后的移动速度由下式决定：V1＝V0·Δ0/Δ1；其中，V0为所述移动阴极减速前的速度，V1为所述移动阴极减速后的速度；Δ0为所述移动阴极远离所述台阶下区域前，所述移动阴极与所述工件外表面的间距；Δ1为所述移动阴极远离所述台阶下区域后，所述移动阴极与所述工件外表面的间距；针对所述移动阴极从所述台阶上区域向所述台阶下区域方向移动的单向移动过程，正好是所述移动阴极从所述台阶下区域移动到所述台阶上区域的单向移动过程的逆过程。优选情况下，阀值K为2mm。优选情况下，移动阴极与工件外表面的间隙Δ处于以下范围：0<Δ≤5mm。优选情况下，移动阴极的移动速度V处于以下范围：0<V≤50mm/s。优选情况下，移动阴极与工件之间的电压U处于以下范围：0<U≤50V。优选情况下，移动阴极与工件之间的加工电流密度J处于以下范围：7A/cm2≤J≤15A/cm2。本专利技术的优点在于，通过将台阶上区域进行绝缘处理，移动阴极的加工就不会影响到该区域，从而可以直接越过该区域，如此一来，只要控制移动阴极在单次移动加工过程中与工件的中心轴距离不变，那么台阶下区域各个点所受到的加工效率和加工时间就都是一样的，从而去除量也是一样的，如此一来就可以形成一个垂直台阶了。而采取将移动阴极往工件中心轴方向移动的方式，可以增大加工的效率，并且通过抬起移动阴极的方式能够避免移动阴极触碰到台阶上区域，在此过程中适当改变移动阴极的移动速度，仍然能保证台阶下区域上各个点的去除量相同，从而能够在提高加工效率的情况下形成垂直台阶；而相比利用和工件长度相等的整体阴极加工而言，利用比工件更短的移动阴极进行加工的优点在于，一方面所需要的加工电流较小，另一方面加工精度更高，当面对不够光滑的工件的时候，移动阴极可以通过适当改变移动速度从而修正工件上的崎岖，但这并不和上面说到的匀速相矛盾，因为速度的调整也是在上述匀速范围轻微调整，调整范围视工件的光滑程度而定。附图说明图1是未加工的工件的示意图；图2是现有技术中采取的技术方案的加工示意图；图3是本专利技术采取的技术方案的加工示意图；图4是本专利技术为提高图3中所示技术方案的加工效率的加工示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作描述。如图1所示，本专利技术的目的在于，将图1中所示的外表面呈现圆柱外表面的工件2(也就是说工件2也可以是中空的管类工件等)，加工成图3所示带有垂直台阶的工件。我们采取的加工阴极是相比工件2更短的移动阴极1，若要给移动阴极1的长度定一个范围，可以定为和工件2的轴向长度比为0.001～0.5。为了方便对工件2的各个部分进行描述，根据工件2不同区域的加工特点，将工件2分为两个区域，分别为需要加工成较细外圆的台阶下区域A以及需要加工成较粗外圆的台阶上区域C。为了解决锥形台阶的问题，本专利技术采取的方法如图3所示，首先对台阶上区域C进行绝缘处理，或者更具体的说，在台阶上区域C的外表面包裹上一层绝缘材料3，或者涂上一层绝缘漆或绝缘胶等。绝缘后的台阶上区域C，就不再受到移动阴极1的加工影响了，那么移动阴极1就也可以直接越过台阶上区域C了。接下来，为了让台阶下区域A的去除量相同，要做的事情是让每一次移动阴极1的加工过程对于这两个区域上的任一点的加工时间以及加工效率都要相同。对于加工时间的保证，可以让移动阴极1直接在工件2的三个区域上方来回匀速移动加工，对于这句话，有以下几点要注意：1)可以在上述三个区域外的地方进行移动阴极1的转向和变速过程；2)上面说的“上方”仅仅是为了表示方便，利用图中所示的上方来表达，实际上根本无需这样的限制，移动阴极1只要是处于三个区域外侧即可；3)上面说的“匀速”仅仅是针对单次移动的过程而言的，而且这里的单次对于不同方向也有区分。比如说，移动阴极1从台阶下区域A移动到台阶上区域C的一次运行过程中，移动阴极1的运动是匀速的；下次的单向运行中，比如移动阴极1从台阶上区域C回到台阶下区域A的时候，虽然其在此过程中也必须保持匀速，但是这个速度可以与上次从台阶下区域A到台阶上区域C的移动过程中的速度有所不同。之后任意一次，包括不同方向的移动，都可以使用不同的速度进行移动，但对于单次的移动而言，必须保证匀速。对于加工效率的保证，可以让每个单次运行过程中，移动阴极1与工件2的中心轴的距离a保持不变，如此一来，移动阴极1与工件2的外表面间隙在单次运行过程中也会保持不变，此时默认保证电压等其他条件不变，加工效率就是不变的了。而当然，要注意到的是，这里的单次和上一段落中说的单次的含义是相同的，从而在移动阴极1的不同次移动过程中，其与工件2的中心轴距离a可以有所不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于速度控制的电化学加工外圆面台阶成型方法，待加工的工件(2)包括两个区域，分别为需要加工成较细外圆的台阶下区域(A)以及需要加工成较粗外圆的台阶上区域(C)，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：在所述台阶上区域(C)表面包裹一层绝缘材料；S2：采用与所述工件(2)的轴向长度比为0.001～0.5的移动阴极(1)沿所述工件(2)的轴线方向对所述工件(2)进行多次往返移动加工，其中，所述移动阴极(1)在单次移动加工的过程中，其移动速度以及其与所述工件(2)中心轴的距离保持不变；S3：当所述台阶下区域(A)的去除厚度达到预先设定的阀值K时，控制所述移动阴极(1)靠近所述工件(2)并重复S2过程；若所述移动阴极(1)与所述工件(2)中心轴的距离小于所述台阶上区域(C)的外径，则针对所述移动阴极(1)从所述台阶下区域(A)向所述台阶上区域(C)方向移动的单向移动过程如下：当所述移动阴极(1)即将触碰到所述台阶上区域(C)时，控制所述移动阴极(1)远离所述台阶下区域(A)，使得所述移动阴极(1)能够但还未开始跨过所述台阶上区域(C)，并在此时立即减慢所述移动阴极(1)的移动速度，减慢后的移动速度由下式决定：V1＝V0·Δ0/Δ1；其中，V0为所述移动阴极(1)减速前的速度，V1为所述移动阴极(1)减速后的速度；Δ0为所述移动阴极(1)远离所述台阶下区域(A)前，所述移动阴极(1)与所述工件(2)外表面的间距；Δ1为所述移动阴极(1)远离所述台阶下区域(A)后，所述移动阴极(1)与所述工件(2)外表面的间距；针对所述移动阴极(1)从所述台阶上区域(C)向所述台阶下区域(A)方向移动的单向移动过程，正好是所述移动阴极(1)从所述台阶下区域(A)移动到所述台阶上区域(C)的单向移动过程的逆过程。...

【技术特征摘要】
1.一种基于速度控制的电化学加工外圆面台阶成型方法，待加工的工件(2)包括两个区域，分别为需要加工成较细外圆的台阶下区域(A)以及需要加工成较粗外圆的台阶上区域(C)，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：在所述台阶上区域(C)表面包裹一层绝缘材料；S2：采用与所述工件(2)的轴向长度比为0.001～0.5的移动阴极(1)沿所述工件(2)的轴线方向对所述工件(2)进行多次往返移动加工，其中，所述移动阴极(1)在单次移动加工的过程中，其移动速度以及其与所述工件(2)中心轴的距离保持不变；S3：当所述台阶下区域(A)的去除厚度达到预先设定的阀值K时，控制所述移动阴极(1)靠近所述工件(2)并重复S2过程；若所述移动阴极(1)与所述工件(2)中心轴的距离小于所述台阶上区域(C)的外径，则针对所述移动阴极(1)从所述台阶下区域(A)向所述台阶上区域(C)方向移动的单向移动过程如下：当所述移动阴极(1)即将触碰到所述台阶上区域(C)时，控制所述移动阴极(1)远离所述台阶下区域(A)，使得所述移动阴极(1)能够但还未开始跨过所述台阶上区域(C)，并在此时立即减慢所述移动阴极(1)的移动速度，减慢后的移动速度由下式决定：V1＝V0·Δ0/Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞桂兵，卜繁岭，李姝，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21