專利名稱：精密/微細電鑄機床的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種精密/微細電鑄機床，屬于電鑄加工機床領域。
背景技術：
電鑄是多學科交叉的技術，電化學、材料科學、電子等領域所取得的新進展為電鑄技術的發展創造了條件，通過與其它高新技術的結合，電鑄技術表現出很大的發展潛力。電鑄利用金屬離子在陰極表面電沉積的原理進行零件的成形加工，對芯模(陰極)表面具有極高的復制精度，因此在精密零件的制造和微納米制造領域有著重要的應用前景。
目前電鑄設備和機床大都采用槽式電鑄，將電鑄芯模和陽極(筐)通過掛具懸垂在電鑄槽內進行電鑄。在槽式電鑄中，電鑄液用量大，容易被污染，維護困難；電極很難精確定位和移動，在精密和微細零件的電鑄成形中表現出很大的局限性。因此有必要改革傳統的電鑄方式，設計新型的電鑄機床，提高電鑄零件的成形精度和效率，擴展電鑄技術的應用范圍由于陰極表面析氫、雜質吸附和尖端放電效應等因素的影響，電鑄層的外表面容易產生麻點、針孔、積瘤、毛刺等缺陷。以上缺陷隨著電鑄過程的進行，會逐漸加劇，不僅使電鑄層的物理、機械性能下降和整體沉積速度下降，而且還可能會導致電鑄過程難以繼續，甚至出現廢品。因此，改善電鑄層的外表面質量具有重要意義，在實踐中常采用中斷電鑄過程，通過機械加工去除表面缺陷，拋光后進行二次沉積的方法來達到提高電鑄層表面質量的目的。但是這種方法得到的電鑄層，往往存在裂縫、甚至分層等缺陷，使零件性能下降。作者曾發明一種陰極運動摩擦法精密電鑄技術(已申請發明專利，公開號CN1624205)，能有效改善電鑄層的表面質量和提高電鑄速度，并針對這一新技術設計了專用裝置(已申請發明專利，公開號CN1844475)，但該裝置僅適用于回轉體零件的電鑄成形。
發明內容
本發明的目的在于提供一種精密/微細電鑄機床，可以配合陰極運動摩擦法精密電鑄技術(已申請發明專利，公開號CN1624205)，適用于各種形狀零件的電鑄成形，而且能克服傳統槽式電鑄的缺陷，以較高速度電鑄成形高質量的精密零件和微細結構。
一種精密/微細電鑄機床，其特征在于包括機床底座，雙立柱、工作臺，位于工作臺下方的儲液槽；由陰極單元、陽極單元組成的位于工作臺上的沉積單元，且陰極單元位于中間，用于放置陰極，陽極單元位于陰極單元外圍的環狀空間，用于盛放顆粒狀陽極；由磁力泵、球閥所組成的循環過濾供液系統，它將儲液槽和沉積單元連通，且沉積單元的進液口位于下方或側面，出液口即為頂部敞開空間；還包括懸臂、組合軸承座、旋轉電機、平動頭、伺服驅動電機、絲杠副、導軌、拖板組成的電鑄芯模運動系統；所述的懸臂、組合軸承座、旋轉電機、平動頭和都固定在拖板上，且旋轉電機(6)與組合軸承座(5)的主軸相連，所述的拖板通過導軌安裝在雙立柱上，并通過絲杠副與伺服驅動電機相連。
電鑄芯模通過穿過懸臂通孔的旋轉軸套連接旋轉電機，以實現旋轉運動。
電鑄芯模通過連接懸臂下端面的平動軸套連接平動頭，以實現芯模平動運動。
本發明的精密/微細電鑄機床，電鑄芯模在旋轉或平動的同時，還可以通過絲杠導軌沿主軸豎直方向作直線運動，一方面調整旋轉電機高度，以適應不同尺寸零件的電鑄成形；另一方面還能實現電鑄芯模旋轉加直線運動，或平動加直線運動的復合運動。
通過電鑄芯模(陰極)的旋轉、平動和復合運動，可以利用陰極運動摩擦法精密電鑄技術實現回轉體零件和非回轉體零件的電鑄成形，并在硬質粒子的摩擦和擾動作用下獲得外表面平整光亮的電鑄層。伺服驅動電機可以精密控制電極的上下運動，有利于實現微細三維形狀的電鑄成形。
在工作臺上旋轉電機正下方的位置安裝沉積單元，電鑄芯模放在其中進行沉積，電鑄液從下方或側面流入沉積單元，然后從頂部溢出，經工作臺流回儲液槽，這樣即節省了電鑄液的用量，同時也有利于減少外界的污染；從頂部看，沉積單元呈環狀，中間是陰極單元，在陰極周圍填滿硬質粒子，陰極單元外圍的環狀空間是陽極單元，用于盛放顆粒狀陽極；由相互獨立的陰極單元和陽極單元構成的沉積單元，便于電鑄前芯模的安裝和電鑄后零件的拆卸，而且面對陰極的陽極面積增加，減免了陽極極化的發生。
圖1是精密/微細電鑄機床內部機構示意圖。
圖2是沉積單元結構示意圖。
圖3是平動和轉動的轉換機構示意圖。
圖4是精密/微細電鑄機床的外觀示意圖。
圖中標號名稱1、工作臺，2、沉積單元，3、懸臂，4、旋轉軸套，5、組合軸承座，6、旋轉電機，7、平動頭，8、伺服驅動電機，9、絲杠副，10、導軌，11、拖板，12、電鑄芯模，13、磁力泵，14、立柱，15、機床底座，16、儲液槽，17、球閥，18、陰極單元，19、陽極單元，20、固定塊，21、平動軸套。
具體實施例方式
本發明“精密/微細電鑄機床”的機構組成，如圖1所示，包括機床底座15；工作臺1；儲液槽16用于盛放電鑄液，電鑄液溫度利用常見的溫控裝置和加熱器進行調節；由磁力泵13、球閥17等所組成的循環過濾供液系統，用于向沉積單元2提供電鑄液并進行過濾，以保證電鑄液清潔；旋轉電機6通過組合軸承座5的主軸與電鑄芯模(陰極)相連并帶動芯模旋轉；平動頭7通過懸臂3與芯模相連并帶動芯模平動。
旋轉電機6和組合軸承座5、平動頭7和懸臂3都固定在拖板11上，然后與一對相互平行的滾珠導軌10上的兩個滑塊相連，兩根導軌10安裝在平行于主軸軸線所在平面的工作臺1兩側的雙立柱14上。拖板11與絲杠副9上的螺母相連，伺服驅動電機8帶動絲杠9旋轉，相應地絲杠副9上的螺母作上下直線運動，進而帶動與螺母相連的拖板11也隨之一起上下運動。
在工作臺1上旋轉電機6正下方的位置安裝沉積單元2，電鑄芯模放在其中進行沉積，電鑄液從下方或側面流入沉積單元2，然后從頂部溢出，經工作臺1流回儲液槽16，這樣即節省了電鑄液的用量，同時也有利于減少外界的污染；從頂部看，沉積單元2呈環狀，中間是陰極單元18，陰極放置其間，在陰極運動摩擦法精密電鑄技術中陰極單元18內填滿硬質粒子；陰極單元18外圍的環狀空間是陽極單元19，用于盛放顆粒狀陽極。
如圖2所示，構成沉積單元2的陰極單元18和陽極單元19相互獨立，便于電鑄前芯模的安裝和電鑄后零件的拆卸，而且面對陰極的陽極面積增加，可以減免陽極極化的發生。
如圖3所示，平動頭7的輸出軸和旋轉電機6的輸出軸，通過更換軸套的方式實現平動和轉動的轉換。旋轉軸套4穿過懸臂3上的通孔連接旋轉電機6和電鑄芯模，帶動芯模作旋轉運動；平動軸套21連接懸臂3的端面和電鑄芯模，帶動芯模作平動運動。
通過電鑄芯模的旋轉運動和平動運動，可以利用陰極運動摩擦法精密電鑄技術實現回轉體零件和非回轉體零件的電鑄成形，并在硬質粒子的摩擦和擾動作用下獲得外表面平整光亮的電鑄層。
拖板11可以沿主軸豎直方向作直線運動，便于調整旋轉電機6和平動頭7的高度，以適應不同尺寸零件的電鑄成形。同時，旋轉電機6的旋轉和平動頭7的平動運動，結合拖板11的直線運動，能實現電極的復合運動，這樣一方面有利于增強硬質粒子的摩擦和擾動作用，另一方面有利于實現微細三維形狀的電鑄成形。
如圖4所示，整個機床的外殼包裝用工整塑料制作，在工作臺1上方形成一個封閉的空間，空間內壁用工程塑料制作，前側是透明的門窗，便于操作和觀察。雙立柱14和旋轉電機6等金屬零部件都被隔離在空間外部，以免被腐蝕和污染電解液。
權利要求
1.一種精密/微細電鑄機床，其特征在于包括機床底座(15)，雙立柱(14)、工作臺(1)，位于工作臺(1)下方的儲液槽(16)；由陰極單元(18)、陽極單元(19)組成的位于工作臺(1)上的沉積單元(2)，且陰極單元(18)位于沉積單元(2)中間，用于放置陰極，陽極單元(19)位于陰極單元(18)外圍的環狀空間，用于盛放顆粒狀陽極；由磁力泵(13)、球閥(17)所組成的循環過濾供液系統，它將儲液槽(16)和沉積單元(2)連通，且沉積單元(2)的進液口位于下方或側面，出液口即為頂部敞開空間；還包括懸臂(3)、組合軸承座(5)、旋轉電機(6)、平動頭(7)、伺服驅動電機(8)、絲杠副(9)、導軌(10)、拖板(11)組成的電鑄芯模運動系統；所述的懸臂(3)、組合軸承座(5)、旋轉電機(6)、平動頭(7)和都固定在拖板(11)上，且旋轉電機(6)與組合軸承座(5)的主軸相連，所述的拖板(11)通過導軌(10)安裝在雙立柱(14)上，并通過絲杠副(9)與伺服驅動電機(8)相連。
2.根據權利要求1所述的精密/微細電鑄機床，其特征在于電鑄芯模(12)通過穿過懸臂(3)通孔的旋轉軸套(4)連接旋轉電機(6)，以實現旋轉運動。
3.根據權利要求1所述的精密/微細電鑄機床，其特征在于電鑄芯模(12)通過連接懸臂(3)下端面的平動軸套(21)連接平動頭(7)，以實現芯模(12)平動運動。
全文摘要
本發明涉及一種精密/微細電鑄機床，屬電鑄加工機床領域。它由機床底座(15)，雙立柱(14)、工作臺(1)，儲液槽(16)，陰極單元(18)、陽極單元(19)，磁力泵(13)、球閥(17)、懸臂(3)、組合軸承座(5)、旋轉電機(6)、平動頭(7)、伺服驅動電機(8)、絲杠副(9)、導軌(10)、拖板(11)組成。通過更換旋轉軸套(4)和平動軸套(21)，以實現芯模(12)的旋轉運動或平動運動的轉換，最終實現電鑄芯模旋轉加直線運動，或平動加直線運動的復合運動。該機床，可配合陰極運動摩擦法精密電鑄技術，適用于各種形狀零件的電鑄成形，能克服傳統槽式電鑄的缺陷，以較高速度電鑄成形高質量的精密零件和微細結構。
文檔編號C25D1/00GK101037777SQ20071001982
公開日2007年9月19日 申請日期2007年1月30日 優先權日2007年1月30日
發明者朱荻, 朱增偉, 李學磊, 曲寧松 申請人:南京航空航天大學