雙內噴液工具陰極系統及其電解磨銑方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙內噴液工具陰極系統及其電解磨銑方法，屬于電解磨削復合加工領域。機床主軸通過傳動直齒輪組帶動兩個中空的傳動軸旋轉，進而帶動傳動軸頂端的旋轉接頭內環和末端止水夾頭一同旋轉。止水夾頭上可裝夾不同設計需求的工具陰極，旋轉接頭將電解液由靜態系統輸入到動態的旋轉系統，再經過傳動軸通孔、工具陰極內孔，直接噴射到工件的加工表面。這樣，通過該主軸傳動裝置可實現內噴液電解磨銑加工復雜薄壁結構、對稱型面等，使機床主軸免受電解液腐蝕的影響，并減小了加工的余量差，提高了加工深度、加工精度、加工效率和加工柔性。
【專利說明】
雙內噴液工具陰極系統及其電解磨銑方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種雙內噴液工具陰極系統及其電解磨銑方法，屬于電解磨削復合加工領域。
【背景技術】
[0002]高溫合金、鈦合金等金屬材料具有耐高溫、耐腐蝕、比強度高、熱強度高等優良的機械物理性能，目前已經被廣泛的應用于航空、航天、航海等工業領域。然而，高溫合金、鈦合金都是典型的難加工材料，當使用金屬切削方法加工時，由于加工溫度高、切削力大，導致刀具的磨損嚴重、工件的加工質量較差。特別是對于一些材料為高溫合金或者鈦合金的航空發動機產品，例如機匣、火焰筒、葉盤、葉片等零件，通常采用了大量的整體薄壁結構件和對稱型面，從毛坯到零件的材料去除比可高達60%?80%，零件壁厚最薄處只有0.5毫米，因此，當受到切削力作用時工件極易發生變形，其加工效率和加工精度很難得到保證。
[0003 ]電解磨削是由電解作用和機械磨削作用相復合進行加工的，比電解加工具有更好的表面粗糙度和加工精度，比磨削加工具有更高的生產效率。電解磨削加工時大部分金屬材料是通過電解作用以離子的形式去除的，磨削的主要作用是去除工件表面因電化學腐蝕生成的氧化物薄膜，保持電解過程的正常進行并降低表面粗糙度。傳統的電解磨削方法通常采用導電砂輪作為工具陰極以及外接式電解液供給，主要用于平面加工和拋光加工，由于每次加工所去除的材料厚度極小，從而限制了材料去除率的增加，而且難以應用于對稱型面和薄壁結構件的加工。
[0004]電解磨銑在電解磨削的基礎上采用棒狀磨頭作為工具陰極，用類似于數控銑的方式由磨頭陰極的旋轉運動和工件的進給運動共同形成輪廓的發生線，通過相切法進行成形加工。和金屬切削加工相比，電解磨銑具有材料去除率快、切削力小、表面無殘余應力等優點;和傳統的電解磨削方法相比，數控銑削技術的引入使得電解磨銑的加工柔性更高，可實現對稱型面和薄壁結構件的加工。
[0005]電解磨銑的電解液供給方式有外噴式供液和內噴式供液兩種形式。外噴式供液通過外接噴嘴向加工區域噴射電解液，但是由于磨頭陰極和工件之間的加工間隙極小，當加工深度較大時，電解液很難及時的充滿整個加工間隙，加工區域容易因局部缺液而產生火花放電，造成磨頭損耗甚至發生短路，因此外噴式供液電解磨銑主要應用于加工深度較小的情況。內噴式供液將磨頭與電解液系統連接起來，電解液通過陰極內孔直接噴射到工件加工表面，在加工間隙中能夠形成穩定、均勻的流場，因此采用內噴式供液的電解磨銑可以有效提高對稱型面和薄壁結構件的加工深度和加工效率。
[0006]當采用內噴式供液電解磨銑加工對稱型面和薄壁結構件時，由于電解磨銑機床通常只有一個內噴液主軸接頭，加工時需要將一根磨頭陰極安裝在主軸的接頭上，先加工出一個復雜型面或者薄壁結構一側的形狀;然后拆卸下這根磨頭陰極并安裝上另一根磨頭陰極，再加工出另一個復雜型面或者薄壁結構另一側的形狀。這樣的加工方案需要重復拆卸裝夾磨頭陰極，容易產生換裝誤差和加工余量差，并延長了加工時間。這些因素明顯降低了電解磨銑的加工精度和加工效率。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種雙內噴液工具陰極系統及其電解磨銑方法，可以實現雙內噴式供液電解磨銑磨頭陰極的雙頭聯動，使機床主軸免受電解液腐蝕的影響，并減小薄壁結構和對稱型面的加工余量差，提高電解磨銑的加工精度和加工效率。
[0008]—種雙內噴液工具陰極系統，其特征在于:該系統包括固定于機床主軸的主動齒輪，以及兩個中空傳動軸，上述兩個中空傳動軸上均固定有與所述主動齒輪嚙合的從動齒輪;機床主軸和中空傳動軸均通過角接觸軸承支撐；
每個中空傳動軸頂端均安裝一個旋轉接頭，該旋轉接頭由內環和外環組成，其中外環與內環之間可相對轉動，內環與所述中空傳動軸固定，外環與供液管路相連;每個中空傳動軸的末端均安裝有止水夾頭;止水夾頭的開孔處安裝有工具陰極。
[0009]利用所述雙內噴液工具陰極系統的電解磨銑加工方法，其特征在于包括以下過程:(1)、將兩個工具陰極均連接電源負極;再將工件裝夾在工作臺上，并連接電源正極;然后在機床數控運動程序的控制下完成對刀、定位；(2)、利用供液管路的兩條支路分別給上述兩個工具陰極提供電解液，每條供液支路均有流量計、壓力表、泄流閥、調壓閥；(3)、通過電解磨銑機床的伺服電機帶動機床主軸旋轉，利用變頻器調節機床主軸轉速，通過齒輪傳動帶動兩個中空的傳動軸旋轉，進一步帶動中空傳動軸頂端的旋轉接頭和末端的止水夾頭旋轉；(4)、旋轉接頭的內環隨中空傳動軸一同旋轉，外環保持靜止，將供液管路中的電解液由靜態系統輸入到動態旋轉系統，再經過中空傳動軸的通孔、裝夾在止水夾頭上的工具陰極內孔，直接噴射到工件的加工表面；(5 )、電解液從旋轉的工具陰極內孔噴出后及時的充滿整個加工區域，工作臺在機床數控運動程序的控制下按照預定的軌跡運動，薄壁結構的兩側形狀可一次加工成形；(6)、工作箱內多余的電解液以及電解產物經過過濾器過濾，再流入電解液槽中，實現電解液的過濾及循環使用。
[0010]本發明具有以下優點:(1)、該傳動裝置實現了雙內噴液工具陰極的聯動，使機床主軸免受電解液腐蝕的影響，并避免了重復安裝工具陰極；(2)、對于薄壁結構和對稱型面，利用該傳動裝置可一次加工成形，提高了加工效率和加工精度；(3)、可通過設計不同的工具陰極，實現不同形狀的對稱型面和薄壁結構的加工，增加了電解磨銑的加工柔性。
【附圖說明】
[0011]圖1為雙內噴液工具陰極電解磨銑主軸傳動裝置齒輪位置示意圖；
圖2為雙內噴液工具陰極電解磨銑主軸傳動裝置A-A截面示意圖；
圖3為雙內噴液工具陰極電解磨銑主軸傳動裝置B-B截面示意圖；
圖4為雙內噴液工具陰極電解磨銑的供液示意圖；
圖5為雙內噴液工具陰極電解磨銑一種薄壁結構的示意圖；
圖中標號名稱:1、直齒輪組;2、軸套;3、角接觸軸承;4、機床主軸;5、傳動軸;6、旋轉接頭;7、止水夾頭;8、變頻器;9、伺服電機;10、主軸傳動裝置;11、流量計；12、壓力表;13、泄流閥；14、調壓閥；15、分流三通；16、離心栗；17、工作箱；18、工作臺；19、工具陰極;20、工件；21、過濾器;22、溫度控制單元;23、電解液槽;24、電源;25、電解液。
【具體實施方式】
[0012]根據圖1、圖2和圖3所不，雙內噴液工具陰極電解磨銑的主軸傳動裝置由以下幾部分組成:電解磨銑機床主軸4通過傳動直齒輪組I同時帶動兩個中空的傳動軸5旋轉，進而傳動軸5帶動其頂端的旋轉接頭6和其末端的止水夾頭7—同旋轉。機床4和傳動軸5均通過兩個角接觸軸承3支撐，直齒輪組通過一個主動大直齒輪與兩個相同尺寸的從動小直齒輪分別外嚙合，兩個小直齒輪不接觸并相距一定距離，齒輪通過軸肩、軸套2和鍵定位，并按照標準安裝。
[0013 ]下面結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明利用本發明提出的主軸傳動裝置，實現雙內噴液工具陰極電解磨銑一種薄壁結構的步驟:
(I )、先將兩根工具陰極19分別裝夾在兩個傳動軸5末端的止水夾頭7上，并連接電源24負極;再將工件20裝夾在工作臺上18，并連接電源24正極;然后在機床數控運動程序的控制下完成對刀、定位。
[0014](2)、通過溫度控制單元22加熱電解液25至所需溫度，再開啟離心栗16，電解液25經過分流三通15到達兩個支路，并調節每個支路上的調壓閥14至所需工作壓力，其工作壓力可由壓力表12顯示。
[0015](3)、打開每個支路上的泄流閥13，具有一定壓力的電解液25通過供液管路到達旋轉接頭6，每條供液管路上的電解液流量通過流量計11動態監測。
[0016](4)、通過電解磨銑機床的伺服電機9帶動機床4旋轉，利用變頻器8調節機床4轉速，這樣，機床4通過直齒輪組I帶動兩個中空的傳動軸5旋轉，進一步帶動傳動軸5頂端的旋轉接頭6和末端的止水夾頭7旋轉，而裝夾于止水夾頭7上的工具陰極19也一同旋轉。
[0017](5)、電解液25經過旋轉接頭6、傳動軸5通孔、工具陰極19內孔噴出后可及時的充滿整個加工區域，工作臺在機床數控運動程序的控制下按照預定的軌跡運動，薄壁結構的兩側形狀可一次加工成形。
[0018](6)、工作箱17內多余的電解液以及電解產物經過過濾器21過濾，再流入電解液槽23中，實現電解液25的過濾及循環使用。
【主權項】
1.一種雙內噴液工具陰極系統，其特征在于: 該系統包括固定于機床主軸的主動齒輪，以及兩個中空傳動軸，上述兩個中空傳動軸上均固定有與所述主動齒輪嚙合的從動齒輪;機床主軸和中空傳動軸均通過角接觸軸承支撐； 每個中空傳動軸頂端均安裝一個旋轉接頭，該旋轉接頭由內環和外環組成，其中外環與內環之間可相對轉動，內環與所述中空傳動軸固定，外環與供液管路相連;每個中空傳動軸的末端均安裝有止水夾頭;止水夾頭的開孔處安裝有工具陰極。2.利用權利要求1所述雙內噴液工具陰極系統的電解磨銑加工方法，其特征在于包括以下過程 (1)、將兩個工具陰極均連接電源負極;再將工件裝夾在工作臺上，并連接電源正極;然后在機床數控運動程序的控制下完成對刀、定位； (2)、利用供液管路的兩條支路分別給上述兩個工具陰極提供電解液，每條供液支路均有流量計、壓力表、泄流閥、調壓閥； (3)、通過電解磨銑機床的伺服電機帶動機床主軸旋轉，利用變頻器調節機床主軸轉速，通過齒輪傳動帶動兩個中空的傳動軸旋轉，進一步帶動中空傳動軸頂端的旋轉接頭和末端的止水夾頭旋轉； (4)、旋轉接頭的內環隨中空傳動軸一同旋轉，外環保持靜止，將供液管路中的電解液由靜態系統輸入到動態旋轉系統，再經過中空傳動軸的通孔、裝夾在止水夾頭上的工具陰極內孔，直接噴射到工件的加工表面； (5 )、電解液從旋轉的工具陰極內孔噴出后及時的充滿整個加工區域，工作臺在機床數控運動程序的控制下按照預定的軌跡運動，薄壁結構的兩側形狀可一次加工成形； (6)、工作箱內多余的電解液以及電解產物經過過濾器過濾，再流入電解液槽中，實現電解液的過濾及循環使用。
【文檔編號】B23H5/08GK105855649SQ201610304987
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】李寒松, 牛屾, 曲寧松, 付書星
【申請人】南京航空航天大學