基于矩阵栅极式可调阴极的电解加工方法及阴极系统.pdf

一种基于矩阵栅极式可调阴极的电解加工方法及阴极系统，涉及电解加工领域。该方法设计的阴极是由各矩阵元素阴极单元组成，通过各阴极单元上的电流大小不同及位置排列，而加工出阳极轮廓形状，对于不同的阳极形状，只需调整矩阵阴极单元的位置及加工电流大小即可，从而实现无需更换阴极的情况下，加工出多种形状的阳极工件。本发明同时公开了相应的阴极系统。本发明能够实现一种阴极加工多种不同形状的阳极工件，从而创造加工对象多样化的新格局。

1、  一种基于矩阵栅极式可调阴极的电解加工方法，其特征在于包括以下过程：
(1)、利用已有阳极工件，按照阳极形状排列阴极单元在合适位置，组成栅极式可调阴极；
(2)信号构造/监控平台将需要加工的阳极轮廓数据处理成m×n矩阵式分布的阳极脉冲信号序列，发送基脉冲到脉冲源，发送阳极脉冲信号序列到调幅器；
(3)、脉冲源接收到信号构造/监控平台发送来的基脉冲大小，发出加工基脉冲；
(4)、多路发生器把脉冲源发来的加工基脉冲转换为m×n矩阵式多路基脉冲信号，然后发送给调幅器；
(5)、调幅器根据信号构造/监控平台发送来的阳极脉冲信号序列，对多路发生器过来的多路基脉冲进行调幅，对矩阵栅极式可调阴极输入大小一致的加工电流进行类似拷贝式的加工；
(6)、矩阵栅极式可调阴极单元发出加工脉冲信号序列的电流来加工阳极工件，当加工间隙基本保持不变，检测的力信号大小也基本不变，即加工达到平衡，加工结束，得到加工零件的表面；
(7)、加工过程中，信号检测器检测调幅器发送到矩阵栅极式可调阴极的加工脉冲信号序列的大小，防止某路信号短路、断路造成加工烧结，避免矩阵栅极式可调阴极的损坏；
(8)、信号构造/监控平台的信号监控功能把检测到的矩阵栅极式可调阴极上的加工脉冲信号序列与初始生成的阳极脉冲信号序列进行对比，如果检测到矩阵栅极式可调阴极的某栅极单元信号为空，则立刻控制机床主轴电机，停止进给，防止短路烧毁矩阵栅极式可调阴极。

2、  一种矩阵栅极式阴极系统，其特征在于：由信号构造/监控平台(101)、脉冲源(102)、多路发生器(103)、调幅器(104)、矩阵栅极式可调阴极(106)、信号检测器(107)组成，其中：
(1)、信号构造/监控平台(101)的输出分成两路，一路与脉冲源(102)相连接，另一路与调幅器相连接；
(2)、脉冲源(102)的输出连接多路发生器(103)的输入；
(3)、多路发生器(103)的输出连接调幅器(104)的一个输入；
(4)、调幅器(104)的另一个输入与上述信号构造/监控平台(101)的另一个输出相连，调幅器(104)的输出与矩阵栅极式可调阴极(106)相连；
(5)、信号检测器(107)的输入与调幅器的输出端相连，信号检测器(107)的输出与信号构造/监控平台(101)的输入相连。

基于矩阵栅极式可调阴极的电解加工方法及阴极系统
技术领域
本发明涉及特种加工中的电解加工领域新型阴极头设计技术，更具体的说，是一种矩阵栅极式可调阴极电解加工方法及阴极系统。是原案申请号：200710133809.1，申请日：2007年10月9日，发明名称：基于矩阵栅极式阴极的电解加工方法及阴极系统的一项分案申请。
背景技术
阴极是电解加工的工具，它的结构、形状和精度对零件的加工质量有极大的影响，是保证零件加工质量和加工精度的重要前提，特别是对于形状复杂和精度要求较高的零件，阴极设计已成为电解加工应用中的一个难题。阴极设计与控制是电解加工技术应用中首先面临和必须解决的关键问题。
传统意义上的阴极设计与控制，是根据待加工零件已知的几何形状来求得阴极的轮廓形状。比较常见的阴极设计方法有cosθ法、斜阴极法、相对位移法、导电纸模拟法、复变函数法及迭代试验修正法等。这些设计方法对电解加工的发展和电解加工物理过程的了解起到了很好的促进作用，但是这些设计方法存在一些共同问题：
1)对阴极需进行不断的对比修正，从而耗费了大量的人力物力，并且要求操作者具备丰富的实践经验和很高的技术水平；
2)阴极的生产、制造周期长，制造成本高昂，特别是对于形状复杂和精度要求较高的零件了；
3)工具阴极制造完成后，形状就固定不变，即一种工具阴极只能用来加工一种形状的叶片，加工对象单一。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于矩阵栅极式可调阴极的电解加工方法及阴极系统，实现一种阴极加工多种不同形状的阳极工件，从而创造加工对象多样化的新格局。
一种基于矩阵栅极式可调阴极的电解加工方法，其特征在于包括以下过程：
(1)、利用已有阳极工件，按照阳极形状排列阴极单元在合适位置，组成栅极式可调阴极；
(2)信号构造/监控平台将需要加工的阳极轮廓数据处理成m×n矩阵式分布的阳极脉冲信号序列，发送基脉冲到脉冲源，发送阳极脉冲信号序列到调幅器；
(3)、脉冲源接收到信号构造/监控平台发送来的基脉冲大小，发出加工基脉冲；
(4)、多路发生器把脉冲源发来的加工基脉冲转换为m×n矩阵式多路基脉冲信号，然后发送给调幅器；
(5)、调幅器根据信号构造/监控平台发送来的阳极脉冲信号序列，对多路发生器过来的多路基脉冲进行调幅，对矩阵栅极式可调阴极输入大小一致的加工电流进行类似拷贝式的加工；
(6)、矩阵栅极式可调阴极单元发出加工脉冲信号序列的电流来加工阳极工件，当加工间隙基本保持不变，检测的力信号大小也基本不变，即加工达到平衡，加工结束，得到加工零件的表面；
(7)、加工过程中，信号检测器检测调幅器发送到矩阵栅极式可调阴极的加工脉冲信号序列的大小，防止某路信号短路、断路造成加工烧结，避免矩阵栅极式可调阴极的损坏；
(8)、信号构造/监控平台的信号监控功能把检测到的矩阵栅极式可调阴极上的加工脉冲信号序列与初始生成的阳极脉冲信号序列进行对比，如果检测到矩阵栅极式可调阴极的某栅极单元信号为空，则立刻控制机床主轴电机，停止进给，防止短路烧毁矩阵栅极式可调阴极。
一种矩阵栅极式阴极系统，其特征在于：由信号构造/监控平台(101)、脉冲源(102)、多路发生器(103)、调幅器(104)、矩阵栅极式可调阴极(106)、信号检测器(107)组成，其中：
(1)、信号构造/监控平台(101)的输出分成两路，一路与脉冲源(102)相连接，另一路与调幅器相连接；
(2)、脉冲源(102)的输出连接多路发生器(103)的输入；
(3)、多路发生器(103)的输出连接调幅器(104)的一个输入；
(4)、调幅器(104)的另一个输入与上述信号构造/监控平台(101)的另一个输出相连，调幅器(104)的输出与矩阵栅极式可调阴极(106)相连；
(5)、信号检测器(107)的输入与调幅器的输出端相连，信号检测器(107)的输出与信号构造/监控平台(101)的输入相连。
本发明提出了矩阵栅极式平面阴极与可调阴极的全新设计与控制思想，该阴极通过控制矩阵栅极式电解单元的位置和加工电流大小，来实现对各阴极单元物理形状不作任何调整的情况下，可以加工出多种形状的工件，从而改变传统阴极加工对象单一的局面。
与现有技术相比较，本发明将大大缩短生产制造周期，可以满足复杂型面的零件加工；大大降低了人力物力的需求，也不需要操作者具有熟练的阴极轮廓设计经验；
矩阵栅极式阴极的设计以提高电解加工的精度与加工过程自动化程度为目的。突破了目前阴极设计与控制中的困难，改变电解加工精度与自动化程度普遍较低的局面，为我国高精尖武器装备中关键零件(如新型航空发动机叶片等)的制造及机械制造业提供关键支撑技术与理论指导。这一发明具有原始创新性和广阔的工程应用前景，并对传统的电解加工工艺拓宽了研究与应用范畴。
附图说明
图1是本发明的矩阵栅极式平面电解阴极工具加工原理图；
图2是本发明的矩阵栅极式可调电解阴极工具加工原理图；
其中标号名称为：101-信号构造/监控平台，102-脉冲源，103-多路发生器，104-调幅器，105-导线，106-矩阵栅极式阴极，107-信号检测器，108-阳极轮廓脉冲序列，109-脉冲拟合阳极轮廓线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种矩阵栅极式电解阴极装置的设计进行说明。
如图1所示，本发明的矩阵栅极式平面电解阴极装置包括：
信号构造/监控平台101，信号构造功能把需要加工的阳极轮廓处理成矩阵式分布的阳极脉冲信号序列，发送基脉冲到脉冲源，发送阳极脉冲信号序列到调幅器。信号监控功能把信号检测器发送过来的各矩阵栅极单元信号与初始生成的阳极脉冲信号序列进行对比，如果检测到某栅极单元信号为空，则立刻控制机床主轴进给电机，停止进给，防止短路烧毁阴极；
脉冲源102，接收到信号构造/监控平台发送来的基脉冲大小，发出加工基脉冲；
多路发生器103，把脉冲源发来的单路基脉冲转换为m×n矩阵栅极单元数目一致的脉冲信号；
调幅器104，根据信号构造/监控平台发送来的阳极脉冲信号序列大小，把多路发生器过来的基脉冲进行调幅，得到和阳极脉冲信号序列大小相等的加工脉冲信号；
导线105，连接调幅器和矩阵栅极式阴极单元，承载阳极脉冲信号序列的脉冲电流；
矩阵栅极式平面阴极106，按照矩阵方式排列的脉冲单元，加工时通过发出阳极脉冲序列信号的脉冲电流来腐蚀阳极，达到加工平衡后，阳极脉冲序列信号拟合出的形状就是待加工阳极表面；
信号检测器107，检测加工过程中脉冲信号序列的大小，防止某路信号短路、断路造成加工烧结，避免矩阵栅极式可调阴极的损坏；
阳极轮廓脉冲序列108，矩阵栅极式阴极产生的加工脉冲信号序列。
脉冲拟合阳极轮廓线109，加工后得到的阳极轮廓线形状。
如图1所示，电解加工过程中，矩阵栅极式平面电解阴极装置的设计实现步骤如下：
步骤1：信号构造/监控平台101把需要加工的阳极轮廓处理成矩阵式分布的阳极轮廓脉冲序列108，并确定加工某种材料的阳极需要初始基脉冲的大小，发送基脉冲到脉冲源102，发送阳极轮廓脉冲序列108到调幅器104；
步骤2：脉冲源102接收到信号构造/监控平台101发送来的基脉冲大小，产生并发出加工基脉冲；
步骤3：多路发生器103把脉冲源102发来的加工基脉冲转换为m×n矩阵栅极单元数目一致的脉冲信号，然后发送多路基脉冲信号给调幅器104；
步骤4：调幅器104根据信号构造/监控平台101发送来的阳极轮廓脉冲序列108大小，对多路发生器103过来的多路基脉冲信号进行调幅，得到和阳极轮廓脉冲序列108大小相等的加工脉冲信号，并把该信号发送到矩阵栅极式平面阴极106；
步骤5：矩阵栅极式平面阴极106发出阳极轮廓脉冲信号108的脉冲电流来腐蚀阳极，达到加工平衡后，阳极轮廓脉冲序列108拟合出的形状就是待加工阳极表面；
步骤6：信号检测器107检测发送到矩阵栅极式阴极106的各单元脉冲信号序列的大小，并把检测结果发送到信号构造/监控平台101；
步骤7：信号构造/监控平台101接收到信号检测器107发送来的各单元加工脉冲信号序列，把其与阳极轮廓脉冲序列108进行对比，如果发现检测器107发送来的信号有异常值，在判断断路或短路后，立刻采取措施，控制机床主轴运动，防止加工短路，烧毁阴极。
如图2所示，电解加工过程中，矩阵栅极式可调电解阴极装置的设计实现步骤如下：
步骤1：在已有阳极轮廓的基础上，调整矩阵栅极式阴极106的位置，使其外形轮廓反拷阳极的轮廓进行排列栅极单元。
步骤2：信号构造/监控平台101把需要加工的阳极轮廓处理成矩阵式分布的基脉冲，并确定加工某种材料的阳极需要初始基脉冲的大小，发送基脉冲到脉冲源102，发送基脉冲等同信号到调幅器104；
步骤3：脉冲源102接收到信号构造/监控平台101发送来的基脉冲大小，产生并发出加工基脉冲；
步骤4：多路发生器103把脉冲源102发来的加工基脉冲转换为m×n矩阵栅极单元数目一致的脉冲信号，然后发送多路基脉冲信号给调幅器104；
步骤5：调幅器104根据信号构造/监控平台101发送来的基脉冲信号大小，判断不需要调幅，直接把多路基脉冲发送到矩阵栅极式可调阴极106；
步骤6：矩阵栅极式可调阴极106发出脉冲电流来腐蚀阳极，达到加工平衡后，即可由按照阳极轮廓组合的栅极单元式阴极工具加工得到阳极工件。
步骤7：信号检测器107检测发送到矩阵栅极式可调阴极106的各单元脉冲信号的大小，并把检测结果发送到信号构造/监控平台101；
步骤8：信号构造/监控平台101接收到信号检测器107发送来的各单元脉冲信号，把其与初始基脉冲进行对比，如果发现检测器107发送来的信号有异常值，在判断断路或短路后，立刻采取措施，控制机床主轴运动，防止加工短路，烧毁阴极。