專利名稱：離散懸浮陰極電化學加工裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電化學加工裝置，更具體地說，涉及電化學加工陰極支撐方式與結構的改進。
背景技術：
電化學加工由于具有不受材料硬度和韌性的限制、獲得的表面形貌優(yōu)良、表面整平效率高等優(yōu)點，被廣泛用于各類金屬零件表面加工，但長期以來，電化學表面加工主要用于改善零件表面粗糙度。隨著社會生產發(fā)展，在電化學表面光整加工過程中提高宏觀成型精度為實際生產所需要。根據電化學加工材料去除機理，提高宏觀成型精確性的關鍵是提高去除量對極間間隙的敏感性，這要求加工間隙在保證加工穩(wěn)定的條件下，盡可能的小。目前減小加工間隙的主要手段是在電化學加工中使用脈沖電流。根據公開資料，目前脈沖電解成型加工，最小極間間隙可達50 μ m，精密度接近50 μ m ;而脈沖電化學微細加工，加工間隙可達數百納米，微細度達微米級，精密度達納米級。關于其提高加工精度的機理，普遍認同的解釋是1)脈沖效應改善了流場，減小了加工間隙；2)脈沖效應具有去極化作用，增強了電解液的非線性特性，強化了集中蝕除能力。脈沖效應在改善電解液非線性特性方面，對電化學成型加工和微細電化學加工沒有本質區(qū)別，因而，減小加工間隙是電化學成型加工提高精度的關鍵，但難點在于電化學成型加工的電極面積大，電解液流程長，流場條件惡劣；保證加工間隙的陰極微小進給在微細加工中容易實現，而在宏觀成型加工中，極小間隙條件下陰極進給的調整、控制都是難題。另外陰極結構及形狀、陰極運動方式不僅影響極間間隙，對加工誤差的形成規(guī)律也有影響。因而，從間隙形成機理與限制條件方面尋求減小間隙并能穩(wěn)定加工的手段，掌握影響加工誤差的機理和規(guī)律，是充分發(fā)揮電化學精密加工潛力的關鍵。精密加工階段的主要誤差來源是工件定位誤差向加工誤差的傳遞和工件原始誤差的遺傳。從傳遞誤差角度，電化學作用的非接觸特性可以阻隔機床振動誤差，而陰陽極間隙變化對去除量的反饋影響，又會使機床(工藝系統(tǒng))運動誤差向工件傳遞，因此，減小傳遞誤差的關鍵是阻斷機床運動誤差通過陰極向工件傳遞；從遺傳誤差角度，常規(guī)電化學加工方式的電化學作用范圍局限于零件局部，不能實現陰極精度向工件精度的有效復映，因此減小遺傳誤差的關鍵是擴大電化學作用在工件表面的分布范圍并強化陰極精度向工件精度的復映能力。

發(fā)明內容
本發(fā)明離散懸浮陰極電化學加工裝置，旨在解決現有電化學表面光整加工技術在提高加工精度能力方面不足的問題。通過陰極支撐方式與結構的改進，改善電化學光整加工的間隙條件，實現電化學小間隙加工，達到電化學光整加工過程中提高加工精度的目的。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種離散懸浮陰極脈沖電化學加工裝置，包括與陽極工件相對實現電化學加工的陰極，所述陰極以浮動連接方式設置于支撐單元，懸浮于所述陽極上。其中浮動連接的意思是指陰極在xy平面內可平動；懸浮的意思是指陰極的部分重力由陰陽極間電解液的靜壓力和動壓力支撐，另一部分重力由支撐單元支撐；當支撐單元的支撐力為零時，陰極完全由陰陽極間電解液的靜壓力和動壓力支撐。優(yōu)選方式下，所述陰極下部與所述陽極相對的表面以間隔離散方式設置若干凸臺，每一所述凸臺的最底面與所述陽極的間隙一致；每一所述凸臺設置雙流道，分別連通電解液泵；其中，一個流道的噴口設置于所述凸臺的最底面，另一流道的噴口設置于所述凸臺向下傾斜的坡型側壁或所述凸臺底部一側向下傾斜的楔形底面處。最優(yōu)方式下，所述支撐單元包括垂直所述工件被加工表面y方向移動的第一滑軌和平行所述工件被加工表面X方向移動的第二滑軌，以及X、y方向分別設置的拉力調節(jié)機構。其中，所述陰極固定于所述第一滑軌上，所述第一滑軌安裝于y方向直線軸承上；所述y方向直線軸承安裝于支撐板上；所述支撐板的背側設置相互配合的第二滑軌和X方向直線軸承，所述支撐板與X方向直線軸承固定連接，并由所述X方向直線軸承13支撐；所述第二滑軌連接了固連于固定機體上的支撐座。所述支撐座由安裝所述加工裝置的機床固定， 由機床保證支撐座在加工過程中與工件中心軸線相對位置固定。所述X方向拉力調節(jié)機構包括通過螺栓、螺母栓定于所述第二滑軌連接的滑軌支撐座。所述螺栓的內側端部連接彈簧，所述彈簧的另一端固連于所述支撐板或X方向直線軸承上；所述螺母位于所述螺栓的外側端，并卡接限定于所述滑軌支撐座。所述y方向拉力調節(jié)機構包括通過螺栓、螺母栓定于所述固定塊，所述螺栓的下側端部連接彈簧，所述彈簧的另一端固連于所述第一滑軌。所述螺母位于所述螺栓的上側端，并卡接限定于所述固定塊。所述陰極設置于所述y方向第一滑軌上。此外，所述X方向和y方向拉力調節(jié)機構還可選用氣壓彈性裝置實現。優(yōu)選方式下，所述X方向滑軌機構為上下對稱設置的兩組，所述y方向滑軌機構為左右對稱設置的兩組；所述拉力調節(jié)機構為對稱設置的兩組或多組。本發(fā)明提高精度的技術原理是回轉件電化學復合加工過程中，通過陰極懸浮，阻斷零件定位誤差向加工誤差傳遞；采用離散化陰極擴大電化學作用范圍，以陰極精度向陽極精度的復映糾正工件遺傳誤差；利用電解液液膜支撐陰極懸浮，實現陰極以小間隙隨材料去除向工件表面實時自動進給；陰極離散化減薄單片陰極厚度，輔以脈沖效應，強化小間隙加工特性，提高精度復映能力。本發(fā)明懸浮式陰極阻斷工件定位誤差向加工誤差傳遞；通過陰極離散化擴大電化學作用在工件表面的分布范圍，同時引入脈沖電流減小加工間隙，強化陰極精度向工件精度的復映。其有益效果是I)陰極精度向加工精度的復映能力恒定由于陰極在加工過程中無損耗，對單個零件加工，陰極精度在整個加工過程中能始終保持穩(wěn)定，對批量加工，不同零件的加工精度也能趨向一致，有利于提高加工精度的穩(wěn)定性和一致性。2)間隙調整簡單、工藝系統(tǒng)魯棒性好離散懸浮式陰極對精度的修正完全依賴于陰陽極間隙變化形成的陰極自動進給系統(tǒng)，在加工過程中，隨陽極材料去除，間隙有變大的趨勢，但是由于陰極是由間隙電解液的動靜壓浮動支撐的，動靜壓與外載平衡能實現陰極向工件實時自動進給，加工過程中不需要間隙的附加調整環(huán)節(jié)。
3)增加了電化學加工的可控參量采用離散陰極，單片陰極的厚度h和陰極離散范圍Θ可作為兩項調節(jié)參量，單片陰極厚度h決定電化學作用在工件局部的分布范圍，影響工件波紋度；陰極離散范圍Θ決定電化學作用在工件的宏觀分布范圍，影響工件精度。


圖I是本發(fā)明離散懸浮陰極電化學加工的原理示意圖；圖2是離散懸浮陰極電化學加工在平面上的應用狀態(tài)示意圖；圖3是X方向拉力調節(jié)機構一種實施例的原理結構示意圖；圖4是X、y方向直線軸承和支撐板、滑軌的連接結構示意圖；圖5是完全弧形離散懸浮陰極結構的原理示意圖；圖6是部分楔形離散懸浮陰極結構的原理示意圖；圖7是圖5和圖6中的A向投影結構示意圖；圖8是圖5所示完全弧形離散懸浮陰極加工的狀態(tài)示意圖；圖9是圖6所示部分楔形離散懸浮陰極加工的狀態(tài)示意
圖10是y方向拉力調節(jié)機構一種實施例的原理結構示意圖；圖11是圖I中的B向投影結構示意圖；圖12是本發(fā)明離散懸浮陰極電化學加工與機械加工復合的原理示意圖。圖中1磨具、2工件、3y方向拉力調節(jié)機構、4y方向滑軌、5y方向直線軸承、6x方向拉力調節(jié)機構、7x方向滑軌、8陰極、9滑軌支撐座、10螺母、11螺栓、12彈簧、13x方向直線軸承、14電解液外流道接管、15支撐板、16噴口、17電解液流道、18流道閥門、19電解液、20螺母、21螺栓、22彈簧、23固定塊。
具體實施例方式如圖I所示的離散懸浮陰極電化學加工方式。此實施例中，陰極懸浮要求能在工件軸截面內平動，而不能沿工件軸向移動，在任意方向不得轉動。擬采用如圖3-4所示的結構實現這一要求。如圖4所示，結合圖I說明，陰極8與y方向滑軌4固定連接。y方向滑軌4可沿圖中y方向直線運動。y方向直線軸承5安裝于支撐板15上。支撐板后部安裝X方向直線軸承13，使陰極隨支撐板由X方向直線軸承13帶動沿X方向直線運動；如圖11所示，X方向直線軸承13與X方向滑軌7配合，X方向滑軌7連接滑軌支撐座9，滑軌支撐座9連接在裝置所安裝的機床上，由機床保證支撐座在加工過程中與工件中心軸線相對位置固定。沿X方向和I方向直線運動的合成可實現陰極在工件軸截面內的平動。圖I中，陰極8與陽極工件2相對實現電化學加工，在陰陽極之間電解液的動、靜壓力支撐作用下，陰極在工件表面懸浮，即所采用的陰極為懸浮式陰極。此處，懸浮的意思是指陰極的部分重力由陰陽極間電解液的靜壓力和動壓力支撐，另一部分重力由支撐單元支撐；當支撐單元的支撐力為零時，陰極完全由陰陽極間電解液的靜壓力和動壓力支撐。X方向滑軌7和y方向滑軌4上均安裝拉力調節(jié)機構，以調節(jié)陰極系統(tǒng)受力。具體如圖3所示，X方向拉力調節(jié)機構6包括通過螺栓11、螺母10栓定于X方向滑軌7連接的滑軌支撐座9。螺栓11的內側端部連接彈簧12，彈簧12的另一端固連于所述支撐板15上；螺母10位于所述螺栓11的外側端，并卡接限定所述滑軌支撐座9。如圖10所示，y方向拉力調節(jié)機構3包括固定于支撐板15上的固定塊23，固定塊23在y方向上穿設有螺栓21、螺母20組件。螺栓21內側端栓設有彈簧22，彈簧22的另一端固連于第一滑軌4上。圖中，螺母20位于螺栓21的外側端，并卡接于固定塊3上。此外，滑軌上安裝的拉力調節(jié)機構也可選用其他結構的彈簧或氣壓等彈性裝置實現。
圖2所示離散懸浮陰極電化學加工在平面上的應用方式與上述描述類似，不同在于加工工件為平面。圖I所示實施例的工件為環(huán)形筒狀結構；圖2實施例，通過電解液靜壓力實現陰極在被加工平面上的懸浮，形成加工間隙。此外，所采用的陰極為離散式陰極，即在加工區(qū)域內陰極被間隔離散為若干個分段式陰極。此處，離散的含義是將陰極在加工范圍內分段，不是連續(xù)的，無嚴格尺寸界限。而且，離散陰極的結構設計應保證極間電解液產生動靜壓和流場均勻穩(wěn)定。為滿足此要求，設計了如圖5、所示的陰極結構，電解液靜壓力由電解液泵提供，采用外流道接管構成雙獨立供液系統(tǒng)，使極間電解液靜壓力可調，通過管路中的節(jié)流閥實現壓力調節(jié)；動壓力通過陰極和工件之間的相對運動產生，陰陽極相對運動使得極間電解液形成液楔而產生一定的承載能力。為了穩(wěn)定的產生動壓力，擬設計兩種陰極工作面1)完全弧形工作面(如圖5，結合圖8所示)，陰陽極整個極間間隙保持一致，此時液膜剛性較差，加工時需要電解液提供靜壓力配合支撐陰極，加工時的極間壓力由電解液泵提供。2)部分楔形工作面(如圖6，結合圖9所示)，通過陰陽極間的楔形收斂間隙，形成流體動壓支撐，產生穩(wěn)定的極間動壓力。如果間隙均勻一致，間隙之間就不會形成動壓，這是依據流體動壓支撐原理的。加工時，如圖9所示，電解液通過圖中流道17的左側流道供液產生靜壓支撐力，形成間隙，同時通過右側流道供液，使得電解液在陰陽極相對運動過程中形成楔形液膜產生動壓支撐力，以穩(wěn)定極間間隙，可通過左側流道中電解液的壓力和流量調控間隙大小。陰極形狀由被加工表面的最終形狀與采用的極間間隙決定。采用部分楔形陰極時，如圖3所示，楔形面產生的偏轉力可通過拉力調節(jié)機構調整。以X方向調整為例，如圖所示，在支撐板四個位置和滑軌2之間分別安裝可調彈簧，彈簧拉緊力，可由螺栓和螺母調節(jié)，在支撐板左右兩個位置采用同樣裝置可實現y方向調整。陰極上電解液出口采用多孔排列，孔大小及數目由所加工的零件大小決定，電解液流道的其它設計細節(jié)符合目前常規(guī)電化學加工陰極設計規(guī)范。圖5、中,標號16為流道的噴口，標號18為流道閥門,標號19為電解液。離散懸浮陰極電化學加工還可實現與其它加工方式的復合加工，如圖12所示的離散懸浮陰極電化學機械復合加工，在離散懸浮陰極電化學加工基礎上，通過磨具I和磨具端部設置的彈簧引入機械作用，在電化學加工過程中同時進行機械摩擦作用，實現復合加工。圖I和圖12所示加工過程中，工件2按圖中箭頭所示方向轉動。以上所述，僅為本發(fā)明在回轉件和平面電化學加工方面的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種離散懸浮陰極電化學加工裝置，包括與陽極工件相對實現電化學加工的陰極，其特征在于，所述陰極以浮動連接方式設置于支撐單元，懸浮于所述陽極上。
2.根據權利要求I所述離散懸浮陰極電化學加工裝置，其特征在于， 所述陰極下部與所述陽極相對的表面以間隔離散方式設置凸臺，每一所述凸臺的最底面與所述陽極的間隙一致；每一所述凸臺設置雙流道(17)，分別連通電解液泵；其中，一個流道的噴口(16)設置于所述凸臺的最底面，另一流道的噴口設置于所述凸臺向下傾斜的坡型側壁或所述凸臺底部一側向下傾斜的楔形底面處。
3.根據權利要求I所述離散懸浮陰極電化學加工裝置，其特征在于，所述支撐單元包括垂直所述工件被加工表面y方向移動和平行所述工件被加工表面X方向移動的滑軌機構，以及x、y方向分別設置的拉力調節(jié)機構；其中， 所述滑軌機構中，所述陰極固定于第一滑軌(4)上，所述第一滑軌(4)安裝于y方向直線軸承(5)上；所述y方向直線軸承(5)安裝于支撐板(15)上；所述支撐板(15)的背側設置相互配合的第二滑軌(7)和X方向直線軸承(13)，所述支撐板(15)由所述X方向直線軸承(13)支撐；所述第二滑軌(7)連接了支撐座(9)，所述支撐座(9)與所述加工裝置所安裝的機床固定連接。
4.根據權利要求3所述離散懸浮陰極電化學加工裝置，其特征在于， 所述X方向拉力調節(jié)機構包括通過螺栓(11)、螺母(10)栓定于所述第二滑軌(7)連接的滑軌支撐座(9);所述螺栓(11)的內側端部連接彈簧(12)，所述彈簧(12)的另一端固連于所述支撐板(15)或X方向直線軸承(13)上；所述螺母(10)位于所述螺栓(11)的外側端，并卡接限定于所述支撐座(9)； 所述y方向拉力調節(jié)機構包括固定于所述支撐板(15)上的固定塊(23)，所述固定塊(23)在y方向上穿設有螺栓(21)、螺母(20)組件；所述螺栓(21)下端栓設有彈簧(22)，所述彈簧(22)的另一端固連于第一滑軌(4)上。
5.根據權利要求3所述離散懸浮陰極電化學加工裝置，其特征在于，所述X方向和y方向拉力調節(jié)機構為氣壓彈性裝置。
6.根據權利要求3-5任一所述離散懸浮陰極電化學加工裝置，其特征在于，所述X方向滑軌機構為上下對稱設置的兩組，所述y方向滑軌機構為左右對稱設置的兩組；所述拉力調節(jié)機構為對稱設置的兩組或多組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離散懸浮陰極電化學加工裝置，包括與陽極工件相對實現電化學加工的陰極。其中，陰極以浮動連接方式設置于支撐單元，懸浮于陽極上。懸浮是指陰極的部分重力由陰陽極間電解液的靜壓力和動壓力支撐，另一部分重力由支撐單元支撐。此外，陰極下部以離散方式設置雙流道陰極加工凸起部。本發(fā)明懸浮式陰極阻斷工件定位誤差向加工誤差傳遞，通過陰極離散化擴大電化學作用在工件表面的分布范圍，同時輔以脈沖電流減小加工間隙，強化陰極精度向工件精度的復映，從而大大提高了加工精度。
文檔編號B23H3/10GK102814562SQ20121030863
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權日2012年8月27日
發(fā)明者龐桂兵, 彭彥平, 趙秀君, 張利萍, 徐文驥 申請人:大連工業(yè)大學