本发明专利技术渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置及方法属于电解加工领域。该装置包括包括工具阴极、工装夹具、阳极工作台、电解液循环过滤系统以及快换夹头。该工艺方法采用多个相同的等间距分布的工具阴极，在加工时沿各自对应的工件毛坯轴向进给。该发明专利技术可以在电解加工机床主轴的一次进给行程内，完成加工区域高效去除余量、精密成形、光整表面的工作。根据机床工作台尺寸、机床主轴承载能力以及机床电源载荷等情况，可以在一定范围内调整同步精密成形工件个数。该工艺方法可以省去传统渐开线内花键加工后的抛光、去毛刺等工艺，且齿形精度高、表面质量好、生产效率高、总成本低，具有很高的实用价值。
【技术实现步骤摘要】
渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置及方法
本专利技术涉及电解加工的领域，尤其是涉及渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置及方法。
技术介绍
随着航空、航天和汽车工业等行业的发展，航空发动机、汽车零部件、机载设备等领域对重量和结构的要求变得越来越苛刻，关键零部件越来越多地采用比强度和比刚度高的合金材料，并逐渐采用空心薄壁化、轻量化、整体化的结构。渐开线内花键具有定心精度高、承载能力大、齿面接触好、强度高、使用寿命长、结构紧凑、质量轻和启动承载能力强等优点，恰好满足这些领域对关键部件苛刻的要求。在我国，渐开线内花键目前已被广泛使用，渐开线内花键的齿廓为渐开线，具有齿较短，齿根较宽，不发生根切的最小齿数较少的特点。渐开线内花键常用薄壁或盲孔结构，使用强度、硬度、刚度较高的难切削材料，对加工的稳定性及制造精度要求高。目前国内对于较高精度要求的渐开线内花键，只能采用插齿加工、电火花慢走丝线切割加工、拉削加工和磨削加工。渐开线内花键插齿加工的插齿刀常采用高速钢、硬质合金、金属陶瓷、CBN、金刚石等材料，刀具的材料及制造成本高达数万元，易在加工中出现“崩刃”现象，刀具寿命短，较难保证精度的要求；插齿机成本较高，针对不同尺寸规格的渐开线内花键，需要专用规格的插齿机和插齿刀；插齿加工的产品存在残余应力，加工后会发生变形，并常有毛刺、划痕等表面缺陷，往往在插齿加工后需要增加磨削、去毛刺的工艺。电火花慢走丝线切割加工是常用的小批量渐开线内花键加工手段，加工精度高，但是其加工效率低，产品表面会产生热影响区，表面质量较差，工时成本极高，不适宜大批量生产；渐开线内花键拉削加工往往是大批量生产定型产品，拉刀结构复杂且价格高昂，需要昂贵的专用切削液，且不能加工盲孔。磨削加工加工效率低，成本高，只能作为精加工的手段，且常常受限于特殊结构而无法进行磨削加工。
技术实现思路
本专利技术提出了一种渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置及方法，目的是为了在渐开线内花键制造领域探索新的工艺，解决渐开线内花键难以实现高精度、低成本、高效率加工的现实问题。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置，包括工具阴极、工装夹具、阳极工作台、电解液循环过滤系统以及快换夹头，其中：快换夹头与机床工作电源的负极连接，快换夹头的下端能一次固定安装多个工具阴极，工具阴极由阴极座、阴极导杆、阴极头和绝缘层组成，阴极座与快换夹头固定连接，阴极导杆上端与阴极座固定，下端固定有阴极头，绝缘层包覆在阴极导杆外，阴极头的横截面形状与工件毛坯需加工的加工渐开线内花键横截面形状相适应，阴极座、阴极导杆与阴极头同轴安装，工装夹具包括由导电材料制作的工件定位底座、工件压板以及背压罩，工件定位底座固定在阳极工作台上，阳极工作台与机床工作电源的正极连接，工件压板位于在工件定位底座上部，背压罩位于工件压板上部，工件定位底座、工件压板和背压罩组成数量与快换夹头能安装的工具阴极数量相同的工件定位腔，工件定位腔与工具阴极同轴设置，阴极头能够穿过背压罩进入工件定位腔中，工件毛坯能放入工件定位腔中，工件毛坯上端和下端分别被背压罩和工件定位底座压合固定，四周被工件压板限位，工件毛坯的轴心与对应的工具阴极轴心重叠，工装夹具的下部开设有第一循环孔，工装夹具的上部开设有第二循环孔，第一循环孔与工件定位腔上部连通，第二循环孔与工件定位腔下部连通，电解液循环过滤系统与第一循环孔和第二循环孔连接，电解液在解液循环过滤系统、第一循环孔、工件定位腔和第二循环孔中循环流动，快换夹头能在机床主轴带动下下移，使固定在快换夹头上的若干个工具阴极同时向下移动，阴极头进入对应的工件毛坯的预孔中，对工件毛坯加工渐开线内花键。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的第一循环孔开设在背压罩上，第二循环孔开设在工件定位底座上，解液循环过滤系统能将过滤后的电解液从第二循环孔泵入工件定位腔，再从第一循环孔回收电解液进行过滤。上述的背压罩在每个阴极导杆穿过的位置处设置有密封槽，槽内放置第一密封圈，密封压板压在密封槽上固定，使第一密封圈密封背压罩与阴极导杆之间的间隙。上述的背压罩与工件压板的连接处设置有第二密封圈，第二密封圈用于密封背压罩与工件压板之间的间隙。上述的工件定位底座通过内六角圆柱头螺钉与阳极工作台固定连接。上述的快换夹头的下表面设置有座孔，阴极座插入座孔中后，通过螺钉与快换夹头固定连接。渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工方法，包括以下步骤：步骤一、使用导线将快换夹头与机床电源负极相连，阳极工作台与机床电源正极相连，工具阴极依次安装在快换夹头下方，对工具阴极进行找正，使工具阴极轴线与竖直方向重合；步骤二、将工件定位底座放至阳极工作台上，工件毛坯放在工件定位底座上，通过工件压板进行压紧定位，工件压板与工件定位底座固定连接，在工具阴极上安装对中心块，移动工件定位底座，使对中心块与工件毛坯的预孔轴线对齐，从而使工件毛坯与工具阴极的轴线重合，将工件定位底座与阳极工作台固定，对工件毛坯进行水平找正，在工件毛坯的前、后、左、右四个方向上，用千分表对工件小外圆沿竖直方向打表使工件毛坯端面与水平面平行，安装背压罩以及第一密封圈和第二密封圈，在背压罩的密封槽上盖上密封压板；对电解加工机床对刀；步骤三、将进、出液管分别连接于第一循环孔和第二循环孔上，进、出液管与电解液循环过滤系统连接，电解液循环过滤系统向工件定位腔中试通电解液，确保装置无大面积漏液，且工件定位腔内电解液压力稳定；步骤四、设置电解加工参数，对加工过程进行编程，并预留初始加工间隙；加工开始后，电解液循环过滤系统将电解液通入工件定位腔，使工件定位腔内充满电解液，并使电解液在电解液循环过滤系统和工件定位腔中循环流动，机床电源负极和机床电源正极通电，快换夹头带着工具阴极向下给运动，阴极头进入工件毛坯的预孔对工件毛坯加工渐开线内花键，电解液持续流过工件毛坯预孔与阴极头的间隙，带走热量及电解产物；步骤五、加工结束后，拆卸工具阴极和工装夹具，清洗加工后的工件，对工件做防锈处理。本专利技术渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置及方法，采用的电解加工是基于电解过程中的阳极溶解原理，借助于成形阴极将工件按照一定形状和尺寸加工成形的工艺方法。与其他的加工方式相比，渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工具有以下优点：1.工具阴极成本低。渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工工艺可以使用成本较低的普通不锈钢作为工具阴极，相较于渐开线内花键拉削加工使用的拉刀相比，成本较低，且在实际加工过程中基本无损耗，有很长的使用寿命。阴极头能够在电解加工过程中同步稳定地对工件进行高效去除余量、精密成形、光整表面的工作，并且达到较高的加工精度及表面质量。2.产品表面质量好。与插齿及拉削加工方式相比，工具阴极与工件无接触，工件不会产生毛刺、表面划痕等缺陷；与电火花慢走丝线切割加工相比，工件无热影响区，表面光洁度高。3.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置，包括工具阴极(1)、工装夹具(2)、阳极工作台(3)、电解液循环过滤系统(4)以及快换夹头(5)，其特征是：所述的快换夹头(5)与机床工作电源的负极连接，快换夹头(5)的下端能一次固定安装多个工具阴极(1)，所述的工具阴极(1)由阴极座(11)、阴极导杆(12)、阴极头(13)和绝缘层(14)组成，所述的阴极座(11)与快换夹头(5)固定连接，阴极导杆(12)上端与阴极座(11)固定，下端固定有阴极头(13)，阴极头(13)的横截面形状与工件毛坯(6)需加工的加工渐开线内花键横截面形状相适应，绝缘层(14)包覆在阴极导杆(12)外，所述的阴极座(11)、阴极导杆(12)与阴极头(13)同轴安装，所述的工装夹具(2)包括由导电材料制作的工件定位底座(21)、工件压板(22)以及背压罩(23)，所述的工件定位底座(21)固定在阳极工作台(3)上，阳极工作台(3)与机床工作电源的正极连接，工件压板(22)位于在工件定位底座(21)上部，背压罩(23)位于工件压板(22)上部，工件定位底座(21)、工件压板(22)和背压罩(23)组成数量与快换夹头(5)能安装的工具阴极(1)数量相同的工件定位腔(2a)，所述的工件定位腔(2a)与工具阴极(1)同轴安装，阴极头(13)能够穿过背压罩(23)进入工件定位腔(2a)中，工件毛坯(6)能放入工件定位腔(2a)中，工件毛坯(6)上端和下端分别被背压罩(23)和工件定位底座(21)压合固定，四周被工件压板(22)限位，工件毛坯(6)的轴心与对应的工具阴极(1)轴心重合，所述的工装夹具(2)的下部开设有第一循环孔(24)，工装夹具(2)的上部开设有第二循环孔(25)，第一循环孔(24)与工件定位腔(2a)上部连通，第二循环孔(25)与工件定位腔(2a)下部连通，电解液循环过滤系统(4)与第一循环孔(24)和第二循环孔(25)连接，电解液在解液循环过滤系统(4)、第一循环孔(24)、工件定位腔(2a)和第二循环孔(25)中循环流动，所述的快换夹头(5)能在机床主轴带动下下移，使固定在快换夹头(5)上的若干个工具阴极(1)同时向下移动，阴极头(13)进入对应的工件毛坯(6)的预孔中，对工件毛坯(6)加工渐开线内花键。/n...
【技术特征摘要】
1.渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置，包括工具阴极(1)、工装夹具(2)、阳极工作台(3)、电解液循环过滤系统(4)以及快换夹头(5)，其特征是：所述的快换夹头(5)与机床工作电源的负极连接，快换夹头(5)的下端能一次固定安装多个工具阴极(1)，所述的工具阴极(1)由阴极座(11)、阴极导杆(12)、阴极头(13)和绝缘层(14)组成，所述的阴极座(11)与快换夹头(5)固定连接，阴极导杆(12)上端与阴极座(11)固定，下端固定有阴极头(13)，阴极头(13)的横截面形状与工件毛坯(6)需加工的加工渐开线内花键横截面形状相适应，绝缘层(14)包覆在阴极导杆(12)外，所述的阴极座(11)、阴极导杆(12)与阴极头(13)同轴安装，所述的工装夹具(2)包括由导电材料制作的工件定位底座(21)、工件压板(22)以及背压罩(23)，所述的工件定位底座(21)固定在阳极工作台(3)上，阳极工作台(3)与机床工作电源的正极连接，工件压板(22)位于在工件定位底座(21)上部，背压罩(23)位于工件压板(22)上部，工件定位底座(21)、工件压板(22)和背压罩(23)组成数量与快换夹头(5)能安装的工具阴极(1)数量相同的工件定位腔(2a)，所述的工件定位腔(2a)与工具阴极(1)同轴安装，阴极头(13)能够穿过背压罩(23)进入工件定位腔(2a)中，工件毛坯(6)能放入工件定位腔(2a)中，工件毛坯(6)上端和下端分别被背压罩(23)和工件定位底座(21)压合固定，四周被工件压板(22)限位，工件毛坯(6)的轴心与对应的工具阴极(1)轴心重合，所述的工装夹具(2)的下部开设有第一循环孔(24)，工装夹具(2)的上部开设有第二循环孔(25)，第一循环孔(24)与工件定位腔(2a)上部连通，第二循环孔(25)与工件定位腔(2a)下部连通，电解液循环过滤系统(4)与第一循环孔(24)和第二循环孔(25)连接，电解液在解液循环过滤系统(4)、第一循环孔(24)、工件定位腔(2a)和第二循环孔(25)中循环流动，所述的快换夹头(5)能在机床主轴带动下下移，使固定在快换夹头(5)上的若干个工具阴极(1)同时向下移动，阴极头(13)进入对应的工件毛坯(6)的预孔中，对工件毛坯(6)加工渐开线内花键。
2.根据权利要求1所述的渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置，其特征是：所述的第一循环孔(24)开设在背压罩(23)上，所述的第二循环孔(25)开设在工件定位底座(21)上，所述的解液循环过滤系统(4)能将过滤后的电解液从第二循环孔(25)泵入工件定位腔(2a)，再从第一循环孔(24)回收电解液进行过滤。
3.根据权利要求2所述的渐开线内花键多工位同步精密电解成形加工装置，其特征是：所述的背压罩(23)在每个阴极导杆(12)穿过的位置处设置有密封槽，槽内放置第一密封圈(26)，密封压板(27)压在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王轶禹，张昌昊，赵海成，王忠恒，
申请(专利权)人：南京浦航机械科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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