嵌片式复合工具及电化学机械复合加工装置及其加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及嵌片式复合工具及电化学机械复合加工装置及其加工方法。本发明专利技术的复合工具包括有嵌片及基体，嵌片固定在基体上。本发明专利技术的复合工具制作简便，更换嵌片容易，可以通过调整嵌片和基体的几何参数来调整加工过程中的极间间隙，电解区域和磨削区域的比例，同时可以根据加工材料可以采用尽量小的磨粒，从而达到比较高的表面粗糙度。本发明专利技术的复合加工装置包括机械运动机构、控制系统及电解液供给系统，其中机械运动机构包括能使复合工具实现自旋运动的机构以及能使复合工具相对于工件实现上下前后左右运动的机构。本发明专利技术的加工过程是利用电化学阳极溶解原理和机械刮膜作用的复合实现金属去除。对难加工材料的加工具有工具损耗小，加工效率高，加工精度高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及嵌片式复合工具及电化学机械复合加工装置及其加 工方法，具体涉及一种嵌片式复合工具及使用该工具的电化学机械复 合抛光及切割成型的加工装置及其加工方法。
技术介绍
目前，电化学及其与机械复合加工的现状如下1) 电解成型加工技术是利用金属工件在电解液中发生阳极溶解的一 种加工技术。电解加工具有加工过程稳定，可加工的材料范围广，电极无损 耗，加工速度比电火花加工快5-IO倍，加工间隙为电火花加工的IO倍以 上等特点，适合用于大型零件的拷贝式加工。但是，必须制作成型电极，并 且成型电极的精度对加工质量的影响非常大。2) 电解抛光技术是利用电化学阳极溶解的原理对金属表面进行抛光的 一种效率较高的加工方法。电解抛光的原理和电解成型加工的原理一样，但 是，抛光工艺与成型工艺不同，其要求的材料去除量小，精度高，表面质量 好。因此，要求对电解的过程实现高精度的控制。3) 电化学机械复合加工技术是以电解作为材料去除的主要方式，由电 解生成钝化膜而影响电解的进一步进行，再以适当的机械作用去除钝化膜， 其关键是怎么匹配电解作用和机械作用。该技术始于20世纪70年代曰本， 80年代已经成功应用不锈钢、炭钢零件的表面和内外圆旋转面的抛光，最佳 效果可达到镜面，我国从90年代开始研究，但是在实际应用过程中还存在 很多问题。另外，目前国内外电解磨削加工的工具形式多为砂轮式或拷贝式，且一 般的电化学机械加工由于砂轮尺寸较大，很难应用于窄缝、深槽等领域的抛 光。
技术实现思路
本专利技术的目的在于考虑上述问题而提供 一 种能将电解和机械磨削有机 的结合在一起的嵌片式复合工具。本专利技术的嵌片式复合工具制作简便，更换 嵌片容易。本专利技术的另一目的在于提供一种工具损耗小，加工效率高，加工精度高 的电化学机械复合加工装置。本专利技术还有一目的在于提供一种控制方便，操作简单的电化学机械复合 加工装置的加工方法。本专利技术的技术方案是本专利技术的复合工具包括有能去除材料、光整加工、刮除钝化膜及引导电 解加工的区域和方向的嵌片和作为电解加工的工具电极的基体，嵌片固定在基体上。上述嵌片的加工表面使用电镀或者钎焊的方法附上一层磨粒，或者用粉 末冶金的方法直接烧结成嵌片形式的砂片。上述嵌片和基体之间通过绝缘树脂粘结剂粘合；或上述嵌片和基体的结合面涂刷有绝缘涂料，再通过连接件将嵌片固定在基体上。上述嵌片和基体之间的极间间隙通过调整嵌片的尺寸来调节，电解加工 区和磨削加工区的比例通过嵌片外表面的弧度和基体外表面的弧度之间的 比例来调整。本专利技术的使用嵌片式复合工具的电化学机械复合加工装置，包括有机械 运动机构、控制系统及将电解液喷入加工区域的电解液供给系统，其中机械运动机构包括有机座、安装在机座上能使复合工具实现自旋运动的机构以及 能使复合工具相对于工件实现上下前后左右运动的机构，控制系统分别控制 机械运动机构的运动及控制电解液供给系统的供给过程。上述使复合工具实现自旋运动的机构包括有调速电机、联轴器、两个换 向器、手紧钻夹头，其中调速电机的输出轴通过联轴器及把垂直方向的旋转 运动转换成水平方向上的旋转运动的两个换向器与手紧钻夹头连接，复合工具安装在手紧钻夹头上；使复合工具相对于工件实现上下前后左右运动的机构包括有机座、Y轴工作台、X轴工作台、T型工作台、Z轴导轨、丝杠、步进电机、台架、夹具，使复合工具实现自旋运动的机构安装在台架上，台架安装在作下上运动的z轴导轨上，z轴导轨与由步进电机驱动的丝杠连接，夹紧工件的夹具固定在T型工作台上，T型工作台装设在电解液槽上，电解 液槽通过槽座及固定件固定在X轴工作台上，X轴工作台装设在Y轴工作台 上，Y轴工作台装设在机座上，X轴工作台及Y轴工作台的驱动装置分别与 控制系统电连接，电解液供给系统与置于加工区域的喷嘴连接。上述两换向器通过一对锥齿轮实现其换向，并通过螺栓和轴承座固定在 两下悬臂上，两下悬臂之间装设有能调整其之间间距的丝杠，两换向器之间通过能实现两者同步运动的同步带轮及同步带连接；上述同步带还装有张紧机构，张紧机构固装在与机座连接的立柱上。上述控制系统包括有中央控制单元、数据釆集卡、电压和电流监测装置、运动控制卡、接口电路、脉冲电源、D/A转换器、加工过程的监控装置及电 机驱动器，中央控制单元的输入端通过数据釆集卡与电压和电流监测装置连 接，中央控制单元的输出端通过运动控制卡分别与接口电路及D/A转换器连 接，接口电路与脉冲电源连接，控制脉冲电源的频率，电压，占空比；D/A 转换器分别与X轴工作台及Y轴工作台的驱动装置电连接及与步进电机、调速电机电连接。上述中央控制单元还连接有显示器、调速变频器，显示器上设有加工电 流显示窗、加工频率显示窗、加工电压显示窗，中央控制单元还连接有电源 频率调整旋钮、电源电压调整旋钮、占空比调整旋钮、键盘。上述电解液供给系统包括有喷嘴、滤网、滤芯、储液箱、水泵、机座、 水管接头、立柱、水管法兰接头，水泵经过滤网、滤芯将电解液从储液箱抽 出，并经管路送至将电解液喷入加工区域的喷嘴，电解液在喷嘴的出口形成 高压，从喷嘴出来的电解液经由电解液槽底部的水管接头、水管法兰接头及 其水管流回储液箱。本专利技术电化学机械复合抛光及切割成型装置的加工方法，其包括如下步骤1)安装工件及复合工具，并根据工件的材料和加工要求选择包括工具 的自旋速度、进给速度、工具参数、电源参数及其电解液配方的工艺参数；2) 根据要求的加工形状在CAD编程系统中进行加工过程的代码编程；3) 工件及复合工具分别接加工电源的负极和正极；4) 开启水泵，启动电解液供给系统；5) 启动控制系统，读入加工代码，进行工件的加工；6) 加工过程中，电解加工作为材料去除的主要方式，磨削加工的主要 作用是去除电解过程中生成的钝化膜，以引导电解加工的区域和方向；控制 系统能对加工状况进行实时监视并进行调节，使整个加工体系保持最佳的状 态。本专利技术由于釆用嵌片式复合工具作为电极的结构，新型的嵌片式 复合工具将电解和机械磨削有机的结合在一起，实现了电解加工加工 范围广，工具损耗小和机械磨削加工可控性能好的优势结合，利用磨 削的机械刮膜作用引导电解加工的区域和方向，提高电解加工过程的 可控性。本专利技术中的新型嵌片式复合工具制作简便，更换嵌片容易，可以通过调整嵌片和基体的几何参数来调整加工过程中的极间间隙， 电解区域和磨削区域的比例，同时可以根据加工材料可以釆用尽量小 的磨粒，从而达到比较高的表面粗〗造度。由于其结构特点，可以胜任 窄缝、深槽等领域的抛光，本专利技术电化学机械复合加工装置的加工过 程是利用电化学阳极溶解原理和机才戒刮膜作用的复合实现金属去除 的技术。在电化学机械加工中，电化学和机械作用贯穿其加工过程的 始终，材料的去除主要以电化学作用完成，因此，本专利技术对难加工材 料的加工具有工具损耗小，加工效率高，加工精度高等特点。另外， 本专利技术中的控制系统根据釆集加工过程中的电流、电压值判断电解加 工所处的状态是否短路，自动调整机械进给参数和电源参数以适应加 工。本专利技术的加工方法由于综合了电解加工和机械加工的优点，此工 艺过程具有加工成本较低，加工精度较高，工具损耗小的特点，在实 现对难加工的抛光和平面及曲面的加工中具有一定的优势。 附图说明图l (l)为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌片式复合工具，复合工具（２２）包括有能去除材料、光整加工、刮除钝化膜及引导电解加工的区域和方向的嵌片（２２１）和作为电解加工的工具电极的基体（２２２），嵌片（２２１）固定在基体（２２２）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，刘国跃，刘江文，张永俊，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]