一种球形阴极数控电解加工机床.pdf

本发明涉及一种球形阴极数控电解加工机床，包括床身，该床身具有直线圆轨，所述床身上安装有工作台，工作台上设有绝缘板，绝缘板与加工箱密闭连接；所述直线圆轨上设有三轴移动机构，三轴移动机构当中的Z向移动机构与C向转动机构固定连接，C向转动机构上通过夹具夹装有球形阴极；所述球形阴极为带有球头的圆棒状结构，球形阴极的球头端具有多个小孔，球形阴极内部设有与所述小孔相连通的通孔；所述床身的一侧分别设有电解液储存机构和泵送机构，泵送机构将电解液存储装置中的电解液泵送至球形阴极的通孔，然后从小孔流出；电解液流出的过程中，球形阴极在三轴移动机构和C向转动机构的带动下完成对工件的加工。

1.  一种球形阴极数控电解加工机床，包括床身，该床身具有直线圆轨，其特征在于，
所述床身上安装有工作台，工作台上设有绝缘板，绝缘板与加工箱密闭连接；
所述直线圆轨上设有三轴移动机构，三轴移动机构当中的Z向移动机构与C向转动机构固定连接，C向转动机构上通过夹具夹装有球形阴极；
所述球形阴极为带有球头的圆棒状结构，球形阴极的球头端具有多个小孔，球形阴极内部设有与所述小孔相连通的通孔；
所述床身的一侧分别设有电解液储存机构和泵送机构，泵送机构将电解液存储装置中的电解液泵送至球形阴极的通孔，然后从小孔流出；电解液流出的过程中，球形阴极在三轴移动机构和C向转动机构的带动下完成对工件的加工。

2.  根据权利要求1所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述三轴移动机构包括X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构；Y向移动机构安装在床身的直线圆轨上，Y向移动机构的顶端设置有X向移动机构；X向移动机构的正面设置有Z向移动机构，Z向移动机构上安装有C向转动机构，C向转动机构带动夹具旋转。

3.  根据权利要求1或2所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述夹具包括上座及下座，上座和下座固定连接；所述上座具有凹槽，凹槽的中间为用于夹紧球形阴极的内腔，凹槽的两面均设置有夹紧孔，紧固件通过紧固上座来缩小内腔的截面积实现对球形阴极的夹紧。

4.  根据权利要求1或2所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述泵送机构包括高压泵机架，高压泵机架上安装有高压泵，高压泵将电解液依次经溢流阀、调压阀、压力表和流量计泵送至球形阴极的通孔。

5.  根据权利要求4所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述电解液存储机构包括过滤箱，所述过滤箱内部被过滤网分隔为左箱体及右箱体，左箱体与加工箱连通，使用过的电解液从加工箱回流至左箱体，经过滤网过滤后再次进入高压泵。

6.  根据权利要求1或2所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述加工箱由树脂制成，加工箱粘接于绝缘板上，加工箱内设有用于夹持工件的T型底座。

7.  根据权利要求1或2所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述X向移动机构、Y向移动机构、Z向移动机构、C向转动机构和高压泵均与控制系统相连通。

8.  根据权利要求7所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构上均设置有限位器。

9.  根据权利要求8所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构均为滚珠丝杠传动副结构，任一滚珠丝杠传动副均被相对 应的伺服电机驱动。

10.  根据权利要求4所述的球形阴极数控电解加工机床，其特征在于，所述高压泵为非自吸式多级离心泵，泵壳为304不锈钢。

一种球形阴极数控电解加工机床
技术领域
本发明涉及电解加工领域，具体的说，是涉及一种球形阴极数控电解加工机床。
背景技术
电解加工技术是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理将零件加工成形的，因工具阴极无损耗、无宏观切削力、适宜加工各种难切削材料制成的零件且表面质量好，在制造业中获得了大量的应用。传统的电解加工在加工型腔、型面时大多采用成型阴极拷贝式加工，以一个方向的简单进给运动就可以加工复杂型腔、型面。
但成型阴极的设计及制造困难，且制造周期长，同时，由于阴极形状复杂、加工面积大，影响因素多，使得拷贝式加工的复制精度、重复精度都不太高。尤其是对一些模具复杂型面或者薄壁整体工件上的异形型腔加工，由于受到工具阴极刚性及加工进给方式的限制，拷贝式电解加工是难以完成加工的。
因此，如何设计一种全新结构的机床，来实现复杂型面或者薄壁整体工件上的异形型腔的电解加工，是本领域技术人员亟需解决的。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种球形阴极数控电解加工机床。本发明所提供的机床，通过控制系统控制阴极实现三轴运动，且能够进行一定角度的旋转，从而完成高难度工件的加工。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种球形阴极数控电解加工机床，包括床身，该床身具有直线圆轨，
所述床身上安装有工作台，工作台上设有绝缘板，绝缘板与加工箱密闭连接；
所述直线圆轨上设有三轴移动机构，三轴移动机构当中的Z向移动机构与C向转动机构固定连接，C向转动机构上通过夹具夹装有球形阴极；
所述球形阴极为带有球头的圆棒状结构，球形阴极的球头端具有多个小孔，球形阴极内部设有与所述小孔相连通的通孔；
所述床身的一侧分别设有电解液储存机构和泵送机构，泵送机构将电解液存 储装置中的电解液泵送至球形阴极的通孔，然后从小孔流出；电解液流出的过程中，球形阴极在三轴移动机构和C向转动机构的带动下完成对工件的加工。
优选的，所述三轴移动机构包括X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构；Y向移动机构安装在床身的直线圆轨上，Y向移动机构的顶端设置有X向移动机构；X向移动机构的正面设置有Z向移动机构，Z向移动机构上安装有C向转动机构，C向转动机构带动夹具旋转。
优选的，所述夹具包括上座及下座，上座和下座固定连接；所述上座具有凹槽，凹槽的中间为用于夹紧球形阴极的内腔，凹槽的两面均设置有夹紧孔，紧固件通过紧固上座来缩小内腔的截面积实现对球形阴极的夹紧。
优选的，所述泵送机构包括高压泵机架，高压泵机架上安装有高压泵，高压泵将电解液依次经溢流阀、调压阀、压力表和流量计泵送至球形阴极的通孔。
优选的，所述电解液存储机构包括过滤箱，所述过滤箱内部被过滤网分隔为左箱体及右箱体，左箱体与加工箱连通，使用过的电解液从加工箱回流至左箱体，经过滤网过滤后再次进入高压泵。
优选的，所述加工箱由树脂制成，加工箱粘接于绝缘板上，加工箱内设有用于夹持工件的T型底座。
优选的，所述X向移动机构、Y向移动机构、Z向移动机构、C向转动机构和高压泵均与控制系统相连通。通过控制系统控制球头阴极的运动轨迹，以类似铣刀铣削加工的方式对复杂型面进行电解加工，避免拷贝式电解加工时复杂阴极的设计与制作，提高电解加工的柔性。另外球头阴极电解加工直接电解加工的面积较小，可减少杂散腐蚀的出现，提高加工精度。
优选的，所述X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构上均设置有限位器。
优选的，所述X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构均为滚珠丝杠传动副结构，任一滚珠丝杠传动副均被相对应的伺服电机驱动。
优选的，所述高压泵为非自吸式多级离心泵，泵壳为304不锈钢。
本发明的有益效果是：
(1)采用球形阴极由计算机控制其运动轨迹实现沿X、Y、Z轴的运动及C轴的转动，以电解“切削”的方式实现型腔、型面的加工，这一技术综合了数控 加工与电解加工两者的技术特点，又克服了各自的不足，可以通过程序来控制阴极相对工件的运动而加工出复杂型面，避免了复杂成形阴极的设计与制造，投产周期短，适用加工范围广，加工柔性大，可用于小批量、多品种、甚至于单件试制的生产中。
(2)本发明可以通过调节不同的工艺参数实现对同一工件的粗加工、精加工和光整加工，消除工件重复安装所带来的安装误差，提高加工的精度。
(3)本发明通过电化学溶解的方式实现工件的加工，故加工后的工件与切削加工后的工件相比没有残余应力、硬化层和变质层，且加工后的表面没有机械划痕，粗糙度很低。有利于实现工件更好的服役性能。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明中夹具的结构示意图；
图3是本发明中球形阴极的结构示意图；
其中：1、床身，2、工作台，3直线圆轨，4、绝缘板，5、加工箱，6、Y向移动机构，7、X向移动机构，8、控制系统，9、Z向移动机构，10、C向伺服电机，11、C向转动机构，12、夹具，13、球形阴极，14、加工电源，15、进液管，16、压力表，17、流量计，18、高压泵机架，19、调压阀，20、溢流阀，21、高压泵，22、吸液管，23、过滤箱，24、上座，25、下座，26、凹槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本方案进行详细说明。
实施例1：如图1-3所示：一种球形阴极数控电解加工机床，包括床身1，该床身1具有直线圆轨3，
所述床身上安装有工作台2，工作台2上设有绝缘板4，绝缘板4与加工箱5密闭连接，实现工作台2与加工箱5内工件的绝缘；
所述直线圆轨3上设有三轴移动机构，三轴移动机构当中的Z向移动机构9与C向转动机构11固定连接，C向转动机构11具有C向伺服电机10和蜗轮蜗杆传动装置，C向伺服电机10通过蜗轮蜗杆带动夹具转动，实现球形阴极13转动。
所述球形阴极13为带有球头的圆棒状结构，球形阴极13的球头端具有多个 小孔，球形阴极13内部设有与所述小孔相连通的通孔。圆棒部分接加工电源14的阴极，工件接阳极，电解液流经小孔作用在工件上。
所述床身1的一侧分别设有电解液储存机构和泵送机构，泵送机构将电解液存储装置中的电解液泵送至球形阴极13的通孔，然后从小孔流出；电解液流出的过程中，球形阴极在三轴移动机构和C向转动机构11的带动下完成对工件的加工。
所述三轴移动机构包括X向移动机构7、Y向移动机构6和Z向移动机构9；Y向移动机构6安装在床身1的直线圆轨3上，Y向移动机构6具有Y向滚珠丝杠传动副，滚珠丝杠传动副与Y向步进电机相连，由控制系统8控制实现球形阴极13沿Y向的导轨移动并且移动机构上设有限位器限制Y向的行程防止工件与机床的碰撞。
所述Y向移动机构6的顶端设置有X向移动机构7；X向移动机构7具有X向滚珠丝杠传动副，滚珠丝杠传动副与X向步进电机相连，由控制系统8控制实现球形阴极13沿X向的导轨移动并且移动机构上设有限位器限制X向的行程防止工件与机床的碰撞。
所述X向移动机构7的正面设置有Z向移动机构9，Z向移动机构9有Z向滚珠丝杠传动副，滚珠丝杠传动副与Z向步进电机相连，由控制系统8控制实现球形阴极13沿Z向的导轨移动并且移动机构上设有限位器限制Z向的行程防止工件与机床的碰撞。
所述夹具12包括上座24及下座25，上座24和下座25固定连接；所述上座24具有凹槽26，凹槽26的中间为用于夹紧球形阴极13的内腔，凹槽26的两面均设置有夹紧孔，紧固件通过紧固上座来缩小内腔的截面积实现对球形阴极的夹紧。
所述泵送机构包括高压泵机架18，高压泵机架18上安装有高压泵21，高压泵21将电解液依次经溢流阀20、调压阀19、压力表16和流量计17泵送至球形阴极13的通孔。
所述电解液存储机构包括过滤箱23，所述过滤箱23内部被过滤网分隔为左箱体及右箱体，左箱体与加工箱5连通，使用过的电解液从加工箱5回流至左箱体，经过滤网过滤后再次进入高压泵21，实现电解液的过滤且过滤箱23左侧部 分空间大可实现对废液中杂质的沉淀作用。
高压泵吸液管22处设有两级过滤网实现对电解液的进一步过滤，过滤箱23右侧的电解液流经溢流阀20、调压阀19、压力表16、流量计17和球形阴极13流入加工箱5，最终流回电解液箱左侧，经过滤箱中过滤网进入右侧实现循环利用。高压泵21采用304不锈钢制作实现耐腐蚀性，溢流阀20实现高压溢流保护高压泵正常工作。
所述加工箱5由树脂制成，加工箱5粘接于绝缘板4上，加工箱5内设有用于夹持工件的T型底座。加工箱5尾部留有通孔，电解加工后的液体经此孔流回电解液过滤箱23。T型底座安装在加工箱5内部并做绝缘处理，采用T型螺栓加压板方式固定被加工件，实现对机床本体的绝缘作用保护机床的正常工作。
所述X向移动机构7、Y向移动机构6、Z向移动机构9、C向转动机构11和高压泵21均与控制系统8相连通，，通过控制系统8控制球形阴极的运动轨迹实现对工件的电解加工。控制系统8可实现对各轴手动和编程的精确控制。
所述加工电源14为高频脉冲电源，采用强制风冷。可实现过压、欠压、过热、过流、IGBT保护等保护功能，保护模块不被损坏，使电源安全运行大大延长使用寿命。
所述耐腐蚀高压泵21为非自吸式多级离心泵。选用304不锈钢制作实现防腐蚀作用,电机轴通过联轴器直接与泵轴联接，叶轮导叶采用不锈钢板冲压焊接，泵进出水口在泵底同一直线上，高压泵将电解液泵入高压管路流经调压阀实现电解液压力的调节，管路系统自身密闭性较好。
本发明所提供的球形阴极数控电解加工机床通过计算机控制阴极的运动轨迹，基于电化学阳极溶解原理，以电解“切削”的方式实现型腔、型面的加工。这一技术综合了数控加工与电解加工两者的技术特点，又克服了各自的不足，可以通过程序来控制阴极相对工件的运动而加工出复杂型面，避免了复杂成形阴极的设计与制造，投产周期短，适用加工范围广，加工柔性大，可用于小批量、多品种、甚至于单件试制的生产中。再则，在数控展成电解加工过程中，阴极上参与加工的区域与传统拷贝式加工相比大为减小，从而使得电解液中产生的气体及热量的影响显著下降，因而可提高加工精度和表面质量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本 发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。