專利名稱：高頻群脈沖微小型電化學加工機床的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種能夠進行電化學加工制造的設備，尤其能實現微小型零件(尺度在0.2～5mm)的高精度加工制造機床。
背景技術：
用于電化學加工的機床主要有以下形式即應用直流和脈沖電流進行電化學加工的立式、臥式和固定陰極式機床。目前形式的機床大部分是用于大中型零件的加工制造，可實現的加工表面粗糙度最高為Ra＝0.4μm，尺寸重復精度為0.02mm。電化學加工技術的進步直接取決于設備的進展，從60年代的直流電化學加工機床到今天得到成功應用的脈沖電化學加工機床，不管從設備的結構緊湊性、可靠性，還是自動化程度上都得到了很大的提高，使針對金屬構件，抑或難加工材料構件的這種特種加工技術——電化學加工技術——獲得了廣泛的應用。近年來，微小型金屬構件的加工技術成為工業(yè)應用中(尤其是箭彈引信機電系統(tǒng))亟待解決的問題，而傳統(tǒng)的加工制造技術已難于滿足微小型零件加工性能(無毛刺、飛邊等)的要求，因此需開發(fā)新的加工制造技術及其相應的設備。另外，電化學加工技術完全實現了對各種金屬零件的無毛刺、飛邊等的加工制造，于是在微小型零件制造領域引入電化學加工技術成為可能。然而，由于微小型零件對加工精度和表面粗糙度的要求，一般的直流電化學加工和脈沖電化學加工不易滿足加工要求，所以為了能進一步提高電化學加工精度，把電化學加工技術應用到微小型制造領域，需要考慮新的脈沖電流形式電化學制造方法，于是，提出了高頻群脈沖微小型電化學加工技術，并且研制了相應的設備——高頻群脈沖微小型電化學加工機床。

發(fā)明內容
針對精密、小巧、復雜型面微小型零件的加工制造精度要求，本高頻群脈沖微小型電化學加工機床采用高頻群脈沖電源作為加工主電源，機床主體采用“C”型結構，組成部分主要包括床身、主軸陰極進給裝置、陽極工作臺、控制裝置和電解液裝置，實現加工作業(yè)的核心是主軸陰極進給裝置。主軸陰極進給裝置由以下部件組成日本松下公司MSMA系列全數字式交流伺服電機，日本THK公司生產的BNFN系列滾珠絲杠副及SR系列滑動導軌副，北京諧波技術研究所生產的XB2-40-100-I-6/6型諧波減速器和陰極頭?？刂葡到y(tǒng)采用由美國Delt-Tau公司生產的PMAC運動控制卡搭建而成。機床技術參數如下工作臺(圓盤)尺寸φ315mm；陰極行程(滑枕頭)150mm；陰極進給速度最低0.01mm/min，最高30mm/min；陰極安裝板到工作臺最大距離220mm；陰極安裝板尺寸(大端)φ120mm；電解液流量10L/min；電源功率9KW，主脈沖頻率1KHz～20KHz，調制脈沖頻率100Hz～1000Hz；電解液槽容量1000×600×550＝330L；機床外形尺寸900×900×1252mm3。由于機床具有良好的結構設計以及采用了精密零部件，使之獲得了機床陰極主軸的精密進給，可達到最高速度分辨率2μm/min，從而實現了機床高精度加工的進給要求。
另一方面，為了提高加工精度，我們增加了陽極工作臺振動裝置，這樣可以在加工中同時啟動陽極振動，改變陰陽極之間的電解液流動情況，使電解蝕除產物快速被電解質帶走。同時改變陰陽極間的電解質流場特性分布情況，進一步提高加工精度。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是由高頻群脈沖電源、機床主體、電源循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的高頻群脈沖微小型電化學加工機床，底座、床身、陰極主軸進給裝置、陽極工作臺構成“C”型的機床主體。陽極工作臺固連于底座上，陰極主軸進給裝置與床身相連，陰極頭與陰極安裝板相連，陰極安裝板連接在滑枕的底端。通過以PMAC控制卡為核心搭建的計算機控制系統(tǒng)控制由交流伺服電機(含編碼器和驅動器)、諧波減速器、滾珠絲杠副、滑動導軌副、滑枕和陰極頭組成的主軸陰極進給系統(tǒng)的各種進給運動；由渦旋高壓泵(2MPa)、過濾器、調壓閥、溢流閥、壓力表和高壓軟管組成的電解液循環(huán)系統(tǒng)通過機床電氣控制系統(tǒng)控制流過機床加工陰陽極間電解液的流量和壓力；加在機床陰陽極上的脈沖電壓頻率和幅值由高頻群脈沖電源給出；同時控制陽極工作臺的微振動情況，達到合適的X、Y向振動頻率，提高微小型復雜零件的加工精度，以得到滿意的加工效果；并且，還將利用監(jiān)控電解質的溫度、濃度和PH值的變化，適時改變加工參數。整個系統(tǒng)還可以改變?yōu)槭謩訝顟B(tài)，手動控制單個加工參數的變化。
本實用新型的有益效果是，采用精密零部件、良好控制系統(tǒng)達到了機床陰極主軸的精密進給，并在配以先進高頻群脈沖電源的情況下實現了微小型零件的電化學加工制造。該機床結構合理、性能穩(wěn)定可靠。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1、2是高頻群脈沖微小型電化學加工機床的總體結構圖3、4是高頻群脈沖微小型電化學加工機床的振動機構圖5、6是高頻群脈沖微小型電化學加工機床的陰極主軸進給裝置圖7是高頻群脈沖微小型電化學加工機床電解液循環(huán)原理圖圖中1、交流伺服電機；2、諧波減速器；3、彈性聯軸器；4、陽極接線柱；5、電解液接頭；6、床身；7、底座8、絲杠支撐架；9、陰極頭；10、陽極工作臺；11、電解液出水口接頭；12、工作艙；13、滾珠；14、壓電晶體振動元件；15、彈簧；16、導軌；17、滑塊；18、陰極接線柱；19、絲杠螺母；20、滾珠絲杠；21、滑枕；22、滑枕支撐套；23、陰極入水口；24、陰極安裝板；25、溢流閥；26、泵；27粗過濾器；28電解液體；29、壓力表1；30、調壓閥；31、精過濾器；32、壓力表2；33、機床；34、溫度檢測傳感器；35、濃度檢測傳感器；36、PH檢測傳感器。
具體實施方式
實施例一參閱
圖1、圖2，由底座7、陰極主軸進給裝置、陽極工作臺10構成的機床主體呈“C”型，陽極工作臺10固連于底座24上，陰極主軸進給裝置與床身6相連。陰極主軸進給裝置主要包括交流伺服電機1、諧波減振器2、彈性連軸器3、絲杠螺母19、滾珠絲杠20、導軌16、滑枕21構成，陰極頭9與陰極安裝板24相連，陰極安裝板24連接在滑枕21的底端。參閱圖3、圖4，陽極工作臺10由壓電晶體振動元件14、彈簧15和滾珠13組成，彈簧15通過滾珠13支撐在床身6上，壓電晶體振動元件14與陽極工作臺10緊密連接。工作時，啟動控制計算機，通過運動控制系統(tǒng)程序的交互式界面輸入陰極主軸運動參數(即控制指令)，控制指令傳送給運動控制卡PMAC經交流伺服電極的驅動器輸送給交流伺服電機1，電機把轉動扭矩傳遞給與之相連的減速比為1∶100的諧波減速器2，參閱圖5、圖6，再經過彈性聯軸器3將轉動傳遞給由絲杠螺母19和滾珠絲杠20組成的精密滾珠絲杠副，并在導軌16與滑塊17組成的精密滑動導軌副的共同支撐下，帶動固定于床身6的滑枕支撐套22上的滑枕21及其下部的陰極頭9和陰極安裝板24作豎直上下直線運動，由此實現了裝卡在陰極安裝板24上的工具陰極的精密進給。
在加工過程中，除了啟動機床控制系統(tǒng)計算機外，還要啟動高頻群脈沖電源，并檢查電源輸出的陰、陽極是否與機床的陰極接線柱18和陽極接線柱4聯接良好。根據加工要求，設置好加工參數(如加工電壓、主脈沖頻率、調制脈沖頻率、電解質壓力、陰極進給速度、陽極工作臺為振幅等)，然后啟動陰極主軸運動控制，使陰極主軸系統(tǒng)快速進給。此時電解液系統(tǒng)不啟動，電源沒有輸出。安裝在陰極安裝板24上的工具陰極快速進給接近裝卡在陽極工作臺12上的工件，當它們間的間隙約為5mm時，陰極主軸開始慢速進給，通過計算機判斷是否與工件接觸，若接觸則在計算機控制下自動后退50μm作為加工的初始間隙，此時啟動電解液系統(tǒng)，接著接通電源，按設置的進給速度使陰極主軸向工件進給。于是電解液按圖4所示的路徑以高壓、高速的狀態(tài)通過陰極入水口23進入到工具陰極和工件間的間隙，帶走電解反應蝕除產物，流入工作艙12，最終通過電解液出水口接頭11返回電解液箱。從而對工件進行電化學加工。工件加工完成后，通過計算機輸出指令停止陰極主軸進給并較快速后退，同時切斷電源和陽極工作臺振動，在返回到原來的約5mm間隙后，關斷電解液系統(tǒng)，此后陰極主軸快速返回到初始位置，加工過程完畢。
若加工過程中因某種原因發(fā)生短路，則由控制系統(tǒng)順次快速切斷電源、陰極主軸進給系統(tǒng)、陽極工作臺振動裝置和電解液系統(tǒng)，實現機床及整個設備系統(tǒng)的有效保護。
實施例二參閱圖3、圖4，對于陽極工作臺的微振動(振動頻率在數百到數千赫茲，振幅≤5μm)，啟動壓電晶體振動元件14的激振電源，使之發(fā)生微振動。陽極工作臺10通過帶彈簧15的螺栓并以滾珠13支撐在床身6上。壓電晶體元件14與陽極工作臺10緊密聯接，于是，具有一定功率的壓電晶體振動元件的微振動便帶動陽極工作臺微振動。
權利要求1.一臺高頻群脈沖微小型電化學加工機床，包括高頻群脈沖電源，機床主體，機床控制系統(tǒng)和電解液循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于由底座(7)、陰極主軸進給裝置、陽極工作臺(10)構成的機床主體呈“C”型，陽極工作臺(10)固連于底座(24)上，陰極主軸進給裝置與床身(6)相連；陰極主軸進給裝置主要包括交流伺服電機(1)、諧波減振器(2)、彈性連軸器(3)、絲杠螺母(19)、滾珠絲杠(20)、導軌(16)、滑枕(21)構成，陰極頭(9)與陰極安裝板(24)相連，陰極安裝板(24)連接在滑枕(21)底端；陽極工作臺(10)由壓電晶體振動元件(14)、彈簧(15)和滾珠(13)組成，彈簧(15)通過滾珠(13)支撐在床身(6)上，壓電晶體振動元件(14)與陽極工作臺(10)緊密連接；工作時通過控制指令交流伺服電機(1)把轉動扭矩傳遞給諧波減速器(2)，再經過彈性聯軸器(3)將轉動傳遞給由絲杠螺母(19)和滾珠絲杠(20)組成的精密滾珠絲杠副，并在導軌(16)與滑塊(17)組成的精密滑動導軌副的共同支撐下，帶動固定于床身(6)的滑枕支撐套(22)上的滑枕(21)及其下部的陰極頭(9)和陰極安裝板(24)作豎直上下直線運動，由此實現了裝卡在陰極安裝板(24)上的工具陰極的精密進給。
2.根據權利要求1所述的高頻群脈沖微小型電化學加工機床，其特征在于陽極工作臺(10)由壓電晶體振動元件(14)、彈簧(15)和滾珠(13)組成，彈簧(15)通過滾珠(13)支撐在床身(6)底座上，壓電晶體振動元件(14)與陽極工作臺(10)緊密連接。
3.根據權利要求1所述的電解液循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于泵(26)啟動后，電解液(28)可經過粗過濾器(27)通過泵(26)；也可以通過溢流閥(25)流回電解液槽；或者經過調壓閥(30)、精過濾器(31)；最終通過(32)壓力表二看到經過調整后進入機床(33)加工的電解液壓力。
專利摘要一臺高頻群脈沖微小型電化學加工機床。它是根據微小型零件的加工制造特點，配以高頻群脈沖電源而開發(fā)的，用于精密微小型金屬結構件制造使用的精密機床。由底座、陰極主軸進給裝置、陽極工作臺構成的機床主體呈“C”型。機床主體的陰極主軸進給系統(tǒng)的精密進給通過采用伺服電機、滾珠絲杠副、滑動導軌等精密零部件和用性能良好的運動控制卡搭建的控制系統(tǒng)來共同實現。同時，采用壓電晶體微振動獲得了陽極工作臺的微振動(振動頻率在數百到數千赫茲，振幅≤5μm)。工作時，通過控制指令交流伺服電機把轉動扭矩傳遞給陰極頭和陰極安裝板作豎直上下直線運動，由此實現了裝卡在陰極安裝板上的工具陰極的精密進給，實現了微小型零件的加工制造，從而進一步改善了高頻群脈沖微小型電化學加工機床的加工效果。該機床結構合理，性能穩(wěn)定可靠。
文檔編號B23H7/30GK2885476SQ20052013355
公開日2007年4月4日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者張之敬, 張衛(wèi)民, 唐興倫, 王西彬, 張利波, 王建平 申請人:北京理工大學