CN101037777B - 精密/微细电铸机床 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精密/微细电铸机床，属电铸加工机床领域。它由机床底座(15)，双立柱(14)、工作台(1)，储液槽(16)，阴极单元(18)、阳极单元(19)，磁力泵(13)、球阀(17)、悬臂(3)、组合轴承座(5)、旋转电机(6)、平动头(7)、伺服驱动电机(8)、丝杠副(9)、导轨(10)、拖板(11)组成。通过更换旋转轴套(4)和平动轴套(21)，以实现芯模(12)的旋转运动或平动运动的转换，最终实现电铸芯模旋转加直线运动，或平动加直线运动的复合运动。该机床，可配合阴极运动摩擦法精密电铸技术，适用于各种形状零件的电铸成形，能克服传统槽式电铸的缺陷，以较高速度电铸成形高质量的精密零件和微细结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密/微细电铸机床，属于电铸加工机床领域。
背景技术
电铸是多学科交叉的技术，电化学、材料科学、电子等领域所取得的新进展为电铸技术的发展创造了条件，通过与其它高新技术的结合，电铸技术表现出很大的发展潜力。电铸利用金属离子在阴极表面电沉积的原理进行零件的成形加工，对芯模(阴极)表面具有极高的复制精度，因此在精密零件的制造和微纳米制造领域有着重要的应用前景。
目前电铸设备和机床大都采用槽式电铸，将电铸芯模和阳极(筐)通过挂具悬垂在电铸槽内进行电铸。在槽式电铸中，电铸液用量大，容易被污染，维护困难；电极很难精确定位和移动，在精密和微细零件的电铸成形中表现出很大的局限性。因此有必要改革传统的电铸方式，设计新型的电铸机床，提高电铸零件的成形精度和效率，扩展电铸技术的应用范围
由于阴极表面析氢、杂质吸附和尖端放电效应等因素的影响，电铸层的外表面容易产生麻点、针孔、积瘤、毛刺等缺陷。以上缺陷随着电铸过程的进行，会逐渐加剧，不仅使电铸层的物理、机械性能下降和整体沉积速度下降，而且还可能会导致电铸过程难以继续，甚至出现废品。因此，改善电铸层的外表面质量具有重要意义，在实践中常采用中断电铸过程，通过机械加工去除表面缺陷，抛光后进行二次沉积的方法来达到提高电铸层表面质量的目的。但是这种方法得到的电铸层，往往存在裂缝、甚至分层等缺陷，使零件性能下降。作者曾发明一种阴极运动摩擦法精密电铸技术(已申请发明专利，公开号CN1624205)，能有效改善电铸层的表面质量和提高电铸速度，并针对这一新技术设计了专用装置(已申请发明专利，公开号CN1844475)，但该装置仅适用于回转体零件的电铸成形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精密/微细电铸机床，可以配合阴极运动摩擦法精密电铸技术(已申请发明专利，公开号CN1624205)，适用于各种形状零件的电铸成形，而且能克服传统槽式电铸的缺陷，以较高速度电铸成形高质量的精密零件和微细结构。
一种精密/微细电铸机床，其特征在于包括：机床底座，双立柱、工作台，位于工作台下方的储液槽；由阴极单元、阳极单元组成的位于工作台上的沉积单元，且阴极单元位于中间，用于放置阴极，阳极单元位于阴极单元***的环状空间，用于盛放颗粒状阳极；由磁力泵、球阀所组成的循环过滤供液***，它将储液槽和沉积单元连通，且沉积单元的进液口位于下方或侧面，出液口即为顶部敞开空间；还包括悬臂、组合轴承座、旋转电机、平动头、伺服驱动电机、丝杠副、导轨、拖板组成的电铸芯模运动***；所述的悬臂、组合轴承座、旋转电机和平动头都固定在拖板上，且旋转电机与组合轴承座的主轴相连，所述的拖板通过导轨安装在双立柱上，并通过丝杠副与伺服驱动电机相连；上述电铸芯模通过穿过悬臂通孔的旋转轴套连接旋转电机，以实现旋转运动；上述电铸芯模通过连接悬臂下端面的平动轴套连接平动头，以实现芯模平动运动。
本发明的精密/微细电铸机床，电铸芯模在旋转或平动的同时，还可以通过丝杠导轨沿主轴竖直方向作直线运动，一方面调整旋转电机高度，以适应不同尺寸零件的电铸成形；另一方面还能实现电铸芯模旋转加直线运动，或平动加直线运动的复合运动。
通过电铸芯模(阴极)的旋转、平动和复合运动，可以利用阴极运动摩擦法精密电铸技术实现回转体零件和非回转体零件的电铸成形，并在硬质粒子的摩擦和扰动作用下获得外表面平整光亮的电铸层。伺服驱动电机可以精密控制电极的上下运动，有利于实现微细三维形状的电铸成形。
在工作台上旋转电机正下方的位置安装沉积单元，电铸芯模放在其中进行沉积，电铸液从下方或侧面流入沉积单元，然后从顶部溢出，经工作台流回储液槽，这样即节省了电铸液的用量，同时也有利于减少外界的污染；从顶部看，沉积单元呈环状，中间是阴极单元，在阴极周围填满硬质粒子，阴极单元***的环状空间是阳极单元，用于盛放颗粒状阳极；由相互独立的阴极单元和阳极单元构成的沉积单元，便于电铸前芯模的安装和电铸后零件的拆卸，而且面对阴极的阳极面积增加，减免了阳极极化的发生。
附图说明
图1是精密/微细电铸机床内部机构示意图。
图2是沉积单元结构示意图。
图3是平动和转动的转换机构示意图。
图4是精密/微细电铸机床的外观示意图。
图中标号名称：1、工作台，2、沉积单元，3、悬臂，4、旋转轴套，5、组合轴承座，6、旋转电机，7、平动头，8、伺服驱动电机，9、丝杠副，10、导轨，11、拖板，12、电铸芯模，13、磁力泵，14、立柱，15、机床底座，16、储液槽，17、球阀，18、阴极单元，19、阳极单元，20、固定块，21、平动轴套。
具体实施方式
本发明“精密/微细电铸机床”的机构组成，如图1所示，包括机床底座15；工作台1；储液槽16用于盛放电铸液，电铸液温度利用常见的温控装置和加热器进行调节；由磁力泵13、球阀17等所组成的循环过滤供液***，用于向沉积单元2提供电铸液并进行过滤，以保证电铸液清洁；旋转电机6通过组合轴承座5的主轴与电铸芯模(阴极)相连并带动芯模旋转；平动头7通过悬臂3与芯模相连并带动芯模平动。
旋转电机6和组合轴承座5、平动头7和悬臂3都固定在拖板11上，然后与一对相互平行的滚珠导轨10上的两个滑块相连，两根导轨10安装在平行于主轴轴线所在平面的工作台1两侧的双立柱14上。拖板11与丝杠副9上的螺母相连，伺服驱动电机8带动丝杠9旋转，相应地丝杠副9上的螺母作上下直线运动，进而带动与螺母相连的拖板11也随之一起上下运动。
在工作台1上旋转电机6正下方的位置安装沉积单元2，电铸芯模放在其中进行沉积，电铸液从下方或侧面流入沉积单元2，然后从顶部溢出，经工作台1流回储液槽16，这样即节省了电铸液的用量，同时也有利于减少外界的污染；从顶部看，沉积单元2呈环状，中间是阴极单元18，阴极放置其间，在阴极运动摩擦法精密电铸技术中阴极单元18内填满硬质粒子；阴极单元18***的环状空间是阳极单元19，用于盛放颗粒状阳极。
如图2所示，构成沉积单元2的阴极单元18和阳极单元19相互独立，便于电铸前芯模的安装和电铸后零件的拆卸，而且面对阴极的阳极面积增加，可以减免阳极极化的发生。
如图3所示，平动头7的输出轴和旋转电机6的输出轴，通过更换轴套的方式实现平动和转动的转换。旋转轴套4穿过悬臂3上的通孔连接旋转电机6和电铸芯模，带动芯模作旋转运动；平动轴套21连接悬臂3的端面和电铸芯模，带动芯模作平动运动。
通过电铸芯模的旋转运动和平动运动，可以利用阴极运动摩擦法精密电铸技术实现回转体零件和非回转体零件的电铸成形，并在硬质粒子的摩擦和扰动作用下获得外表面平整光亮的电铸层。
拖板11可以沿主轴竖直方向作直线运动，便于调整旋转电机6和平动头7的高度，以适应不同尺寸零件的电铸成形。同时，旋转电机6的旋转和平动头7的平动运动，结合拖板11的直线运动，能实现电极的复合运动，这样一方面有利于增强硬质粒子的摩擦和扰动作用，另一方面有利于实现微细三维形状的电铸成形。
如图4所示，整个机床的外壳包装用工整塑料制作，在工作台1上方形成一个封闭的空间，空间内壁用工程塑料制作，前侧是透明的门窗，便于操作和观察。双立柱14和旋转电机6等金属零部件都被隔离在空间外部，以免被腐蚀和污染电解液。
Claims (1)
1.一种精密/微细电铸机床，其特征在于包括：机床底座(15)，双立柱(14)，工作台(1)，位于工作台(1)下方的储液槽(16)；由阴极单元(18)、阳极单元(19)组成的位于工作台(1)上的沉积单元(2)，且阴极单元(18)位于沉积单元(2)中间，用于放置阴极，阳极单元(19)位于阴极单元(18)***的环状空间，用于盛放颗粒状阳极；由磁力泵(13)、球阀(17)所组成的循环过滤供液***，它将储液槽(16)和沉积单元(2)连通，且沉积单元(2)的进液口位于下方或侧面，出液口即为顶部敞开空间；还包括悬臂(3)、组合轴承座(5)、旋转电机(6)、平动头(7)、伺服驱动电机(8)、丝杠副(9)、导轨(10)、拖板(11)组成的电铸芯模运动***；所述的悬臂(3)、组合轴承座(5)、旋转电机(6)和平动头(7)都固定在拖板(11)上，且旋转电机(6)与组合轴承座(5)的主轴相连，所述的拖板(11)通过导轨(10)安装在双立柱(14)上，并通过丝杠副(9)与伺服驱动电机(8)相连；
上述电铸芯模(12)通过穿过悬臂(3)通孔的旋转轴套(4)连接旋转电机(6)，以实现旋转运动；
上述电铸芯模(12)通过连接悬臂(3)下端面的平动轴套(21)连接平动头(7)，以实现芯模(12)平动运动。
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