CN203887346U - 一种电解加工机床 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电解加工机床，电解加工机床包括机床本体、电解加工脉冲电源、集成控制***、电解液循环过滤***；采用持续进给与运动规律精确可控的往复运动相结合的复合进给方式，并将可控往复运动与双极性分组脉冲电源进行精确匹配。在集成控制***控制下，电解液循环过滤***、双极性分组脉冲电源与复合进给运动按照电解加工工艺要求进行分时控制，同时往复运动各参数均可调节，实现精密电解加工。该电解加工机床及其工作方法具有自动化程度高，加工过程稳定，工艺准备周期短等综合效果，对于群孔、群缝、群凸起等特征结构的零件可实现精密高效电解加工。
Description
技术领域
本实用新型属于特种加工技术领域，特别是一种电解加工机床。
背景技术
电解加工是一种利用电化学阳极溶解的原理去除材料的加工方法，属于特种加工领域。电解加工具有加工效率高、表面质量好、无电极损耗、加工范围广等优点，随着电解加工技术研究的深入，电解加工精度和稳定性得到很大程度的提高，应用也越来越广泛，尤其适用于航空航天工业中难加工材料和薄壁结构的整体构件的加工。然而，电解加工的阳极溶解过程处于十分复杂的环境中，受到电场、流场、温度、电化学参数等影响，各项参数相互耦合，加工状态十分复杂难于控制，使得电解加工的精度有待提高。
根据现有的研究成果可知，小间隙电解加工是有效提高电解加工精度的方法之一，但是在进行小间隙电解加工时，会存在电解产物及电解热难以排出等难题，同时，加工间隙过小会导致电解液流场状况不佳，流量供应不足，甚至存在局部缺液、空穴现象，将会影响电解加工的精度和稳定性，严重时将会导致短路的发生。为实现稳定的小间隙电解加工并进一步减小电解加工间隙，往往采用复合进给电解加工方法。复合进给电解加工装置工作原理为：工具阴极在进给运动的同时做规律精确可控的往复运动, 当工具阴极靠近工件时通电, 实现小间隙加工；随后阴极断电离开工件, 拉大间隙进行冲刷, 使电解产物和电解热充分排除, 使的小间隙加工能稳定地进行。
目前的复合运动实现装置基本通过曲柄滑块机构或电磁驱动方式实现，曲柄滑块复合进给电解加工装置存在可实现的往复运动频率较低及往复运动幅值调整困难的问题，而且加工过程中产生的冲击力及噪声较大，工作环境比较恶劣。电磁驱动的复合运动电解装置虽然可以实现较高频率的往复运动，但则存在驱动力过小的问题，带动较大质量的负载时，能实现的往复运动幅值较小，对减小电解加工间隙作用有限。由于电解加工影响因素较多，不同的工件的加工参数往往差异较大，所以以上两种装置的实用性有限。针对上述现状，中国专利申请201210517318.8（公开号：103028795A，公开日：2013年4月10日）所示的一种电解加工振动进给运动实现装置解决了此问题。
目前国内的电解加工设备在这些***的集成控制程度较低，控制***基本就是指的对机床本体的运动控制部分，而电源***、电解液***和运动控制***基本相互独立，这就使得电解加工过程需要多名人员协同操作完成，大大提高了操作的难度。此外，由于各个***相互独立，不能设置合适的停机顺序，加工中一旦出现异常，设备很难以一种最优的方式停止，使得工具阴极和工件硬性接触和火花放电的情况发生频繁，造成阴极和工件的损毁，造成不必要的经济损失。针对上述现状，中国专利申请201210573615.4（公开号： 103008808A，公开日：2013年4月3日）所示的一种集成控制***及控制方法解决了此问题。
电解加工过程中，对于不同类型的材料，电解加工所需要的电流及电解液参数往往需求不同，目前国内的机床设计的重点都是在于提高机床机械结构部分的刚度上，对于影响电解加工精度的电源参数和电解液参数方面的研究工作投入较少，设备普遍存在电解加工的参数尤其是电解液的参数调整困难、效率低，故柔性化程度较低，难以满足不同材料的加工需求，这样就造成了机床的利用率不高，尤其是进行工艺试验的时候，造成了实验前期的准备时间过长，效率低下。针对上述现状，实用新型人提出了如中国专利申请201210393387.2（公开号：102873418A，公开日：2013年1月6日）所示的一种电解加工电解液循环过滤***及其控制方法。
目前有关学者对复合进给电解加工的实现方式、工艺方法进行了研究，但提出的研究方法在加工回退时仍在进行电解加工，会发生比较明显的二次腐蚀，影响成形精度；且加工过程中容易在阴极上形成钝化膜，影响加工效果。关于复合进给脉冲电流电解加工的研究，提出了新的运动方式和匹配方式，但这些研究都只停留在实验阶段，离实际应用于工业生产还有段距离，匹配的可靠性、稳定性和精确度都有待提高。
小间隙电解加工对机床传动精度要求较高，由于电解液具有腐蚀性，电解机床传动机构等非不锈钢材质件与电解液之间必须进行有效的隔离。
虽然前述三项专利申请对电解加工中的问题进行了分别解决，但是每项技术单独实施仍存在加工参数调整困难、集成化程度低、加工精度有待提高的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是提供一种电解加工参数调成方便，集成化程度高、进一步提高加工精度的复合进给电解加工机床。
本实用新型公开的一种电解加工机床，包括机床本体、电解加工脉冲电源、集成控制***和电解液循环过滤***；所述机床本体包括床身、水平工作台、工作箱、机床立柱、滑座及往复运动实现装置；其中，水平工作台设置在床身上方，并分别通过X向、Y向传动机构实现水平工作台X向、Y向运动；机床立柱也设置在床身上方，滑座设置在机床立柱前部，并通过Z向传动机构实现滑座沿Z向运动；往复运动实现装置安装在滑座下部，工具阴极安装在往复运动实现装置下部，通过往复运动实现装置实现阴极规律往复运动。
所述过X向、Y向传动机包括X向伺服电机、Y向伺服电电机和X向伺服电机、Y向伺服电电机带动的X向滚珠丝杠副、Y向滚珠丝杠副；所述Z向传动机构包括Z向伺服电机和Z向伺服电机带动的Z向滚珠丝杠副，滑座安装于Z向滚珠丝杠副上。
所述水平工作台下方还设置有水平工作台的电解液防护装置及X、Y向传动机构的电解液防护装置；所述滑座后方还设置有滑座的电解液防护装置及Z向传动机构的电解液防护装置。
所述水平工作台的电解液防护装置及X、Y向传动机构的电解液防护装置包括设置于水平工作台下方的工作台防护罩、X轴溜板、设置于X轴溜板上的工作台第一下罩板和工作台第二下罩板、设置于水平工作台Y方向上的第一伸缩式防护罩和第二伸缩式防护罩。
所述滑座的电解液防护装置及Z向传动机构的电解液防护装置包括设置在滑座后方的大隔板、设置于滑座后部上、下方的铠甲防护廉、设置于铠甲防护廉左右边的第一挡水板、第二挡水板、设置于第一挡水板、第二挡水板上的内衬皮老虎。
所述电解加工脉冲电源包括脉冲高压电源和脉冲低压电源。
本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型采用复合进给加工方式，在进行小间隙加工过程中有利于加工产物以及热量的排除，提高了电解加工稳定性；
2、本实用新型应用的复合进给与脉冲电源匹配方式，往复运动各参数均可精确可调，确保了加工和通电时间的精确匹配，且在加工回退阶段采用反向电源，有效去除阴极上的钝化层，提高电解加工定域性；
3、本实用新型机床的水平工作台下方和滑座后方设有防护装置，能有效将电解液与X、Y、Z向进给机构隔离，从而避免电解液对X、Y、Z向进给机构造成腐蚀，很好的保护了X、Y、Z向传动机构；
4、本实用新型中机床运动***、电源***、电解液过滤循环***实现了集成控制，三者均可以通过工控机实现控制，提高了自动化水平，减少了对操作人员数量的要求，而且通过协同控制，可以实现加工过程中的异常防护，从而减少经济损失；
5、本实用新型电解液循环过滤***采用双回路并联过滤电解液，输入加工区域的电解液清洁度高，且具有电解液参数（温度、浓度、PH值）自动调节功能，装置中电解液的循环过滤过程分为粗过滤和精过滤两部分，有效的提高了电解液过滤的效率，降低了电解液的使用量。
附图说明
图1为本实用新型电解加工机床三维结构示意图；
图2为本实用新型电解加工机床的机床本体三维结构示意图；
图3为本实用新型电解加工机床运动三维结构图；
图4为本实用新型电解加工机床电解液防护装置三维结构图；
图5为本实用新型电解加工机床集成控制***简图；
图6为本实用新型机床加工过程中阴极复合运动与脉冲电源放电匹配方式示意图；
图7为本实用新型机床加工过程中阴极复合运动与脉冲电源放电匹配实现装置原理图；
图8为为电解液循环过滤***简图。
其中：1-1-机床本体、1-2-电解加工脉冲电源、1-3-集成控制***、1-4-电解液循环过滤***、2-1-床身、2-2-水平工作台、2-3-工作箱、2-4-机床立柱、2-5-滑座、2-6-往复运动实现装置、3-1-X向滚珠丝杠、3-2-X向伺服电机、3-3-X向丝杆座、3-4-Y向滚珠丝杠、3-5-Y向伺服电机、3-6-Y向丝杆座、3-7-X轴溜板、3-8-Z向滚珠丝杠、3-9-减速器、3-10-Z向伺服电机、3-11-Z向丝杆座、4-1-工作台防护罩、4-2-工作台第一下罩板、4-3-工作台第二下罩板、4-4-第一伸缩式防护罩、4-5-第二伸缩式防护罩、4-6-第一护罩安装板、4-7-第二护罩安装板、4-8-积水槽、4-9-大隔板、4-10-铠甲防护廉、4-11-第一挡水板、3-12-第二挡水板、4-13-内衬皮老虎、4-14-护罩固定架、4-15-第一挡水板盖板、4-16-第二挡水板盖板、4-17-内衬下水槽、7-1-脉冲光栅尺、7-2-脉冲高压电源、7-3-脉冲低压电源、7-4-单刀双掷开关。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型提出的电解加工机床进行详细说明。
如图1所示，本实用新型公开的电解加工机床包括机床本体1-1、电解加工脉冲电源1-2、集成控制***1-3和电解液循环过滤***1-4。
如图2和图3所示，机床本体包括床身2-1、水平工作台2-2、工作箱2-3、机床立柱2-4、滑座2-5及往复运动实现装置2-6，水平工作台2-2和滑座2-5均为大理石材质，所述水平工作台2-2可实现水平X、Y向运动，滑座2-5可实现竖直Z向运动。所述水平工作台2-2下方和滑座2-5后方设置有防护装置，能有效将电解液与X、Y、Z向传动机构隔离。集成控制***1-3可以实现机床运动参数、电解液参数及脉冲电源参数的集成控制。电解液循环过滤***1-4采用双回路并联过滤电解液，输入加工区域的电解液清洁度高，且具有电解液参数（温度、浓度、PH值）自动调节功能。
图3是本实用新型电解加工机床运动三维结构图，其具体说明本机床的运动，水平工作台2-2运动形式如下：水平工作台2-2下设置X向传动机构、Y向传动机构，所述X向传动机构具有X向滚珠丝杠传动副，X向滚珠丝杠传动副中的X向滚珠丝杠3-1的一端由联轴器与X向伺服电机3-2连接，另一端由固定在溜班上的轴承支撑，X向滚珠丝杠副中间由固定在工作台上的X向丝杆座3-3支撑，带动水平工作台2-2沿X向运动。所述Y向传动机构具有Y向滚珠丝杠传动副，Y向滚珠丝杠传动副中的Y向滚珠丝杠3-4的一端由联轴器与Y向伺服电机3-5连接，另一端由固定在床身上的轴承支撑，Y向滚珠丝杠副中间由固定在溜板上的Y向丝杆座3-6支撑，带动溜板3-7Y向运动，从而带动水平工作台2-2Y向运动。
本实用新型中滑座2-5运动形式如下：滑座2-5后方设置Z向传动机构，所述Z向传动机构具有Z向滚珠丝杠传动副，Z向滚珠丝杠传动副中的Z向滚珠丝杠3-8的一端通过减速器3-9连接Z向伺服电机3-10，另一端由固定在机床立柱2-4上的轴承支撑，Z向滚珠丝杠副中间由固定在滑座2-5上的Z向丝杆座3-11支撑，带动滑座2-5沿Z向运动。
本实用新型所述的往复运动实现装置2-6，可参考专利申请一种电解加工振动进给运动实现装置（公开号：103028795A，公开日：2013年4月10日），该装置包括伺服进给运动装置和往复运动装置，往复运动实现装置2-6通过滑座2-5安装在伺服进给运动装置上，所述往复运动实现装置2-6包括音圈电机，音圈电机动子的顶端固定有连接块，连接块通过传动机构与导电块相连接，导电块用于装夹工具阴极。该装置利用伺服电机、丝杆、导轨副实现进给运动，利用音圈电机驱动实现往复运动，并将这两种相互平行的运动复合，实现工具阴极的复合进给运动；该运动实现装置可以有效的解决电解加工过程中电解产物的排出难题，并有效改善电解液流场，从而易于实现小间隙电解加工，达到提高电解加工精度和稳定性的目的。
如图4所示，本实用新型水平工作台2-2下电解液防护装置包括设置于水平工作台2-2下方的工作台防护罩4-1、设置于X轴溜板3-7上左右两边的工作台第一下罩板4-2、工作台第二下罩板4-3，水平工作台Y方向上前后分别设置第一伸缩式防护罩4-4和第二伸缩式防护罩4-5。工作台防护罩4-1固定在水平工作台2-2台阶上，工作台2-2从工作台防护罩4-1中间矩形开口伸出，防止电解液从上方流入X、Y方向传动机构。水平工作台2-2的Y方向上前后分别设置第一护罩安装板4-6和第二护罩安装板4-7。第一下罩板4-2、工作台第二下罩板4-3以及两个护罩安装板构成矩形包围水平工作台2-2。第一伸缩式防护罩4-4一端固定在第一护罩安装板4-6安装板上，另一端固定在工作箱2-3底部的积水槽4-8内壁上；第二伸缩式防护罩4-5一端固定在第二护罩安装板4-7上，另一端固定在竖直放置的大隔板4-9上。上述工作台第一下罩板4-2、第二工作台下罩板4-3、第一伸缩式防护罩4-4和第二伸缩式防护罩4-5共同构成水平工作台2-2的X、Y向电解液防护装置。工作箱2-3底部积水槽4-8中央设置有双台阶凸起结构，电解液从上述水平工作台2-2的X、Y向电解液防护装置与积水槽4-8底部缝隙进入防护装置内部后经积水槽4-8凸起结构阻挡回流，最后经积水槽4-8上开口流入电解液循环***1-4中。
本实用新型滑座2-5后方电解液防护装置包括设置在滑座2-5后方的大隔板4-9、设置于滑座2-5后部上、下方的铠甲防护廉4-10、设置于铠甲防护廉4-10左右的第一挡水板4-11和第二挡水板4-12、设置于第一挡水板4-11、第二挡水板4-12上的内衬皮老虎4-13。大隔板4-9与铠甲防护廉4-10共同构成滑座2-5及Z向滚珠丝杠副3-8第一层电解液防护装置。大隔板4-9固定在机床外罩内侧与积水槽4-8内壁上，大隔板4-9中间依据滑座2-5横向宽度及滑座2-5纵向行程开矩形开口，铠甲防护廉4-10固定在大隔板4-9上。加工过程中滑座2-5带动护罩固定架4-14上下移动，从而实现上下两个铠甲防护廉4-10廉板随着滑座2-5伸缩。Z向滚珠丝杠副3-8前分别设置第一挡水板4-11、第二挡水板4-12、第一挡水板盖板4-15、第二挡水板盖板4-16，上述X向两个挡水板和两个挡水板盖板以及上下两端分别固定在两个挡水盖板上的内衬皮老虎4-13共同构成滑座2-5及Z向滚珠丝杠副3-8第二层电解液防滑装置。上述第二挡水板下盖板4-16下方还设置有内衬下水槽4-17。电解液经铠甲防护廉4-10与大隔板4-9之间的缝隙流入滑座2-5后部后经内衬皮老虎4-13、第一挡水板4-11、第二挡水板4-12、第一挡水板盖板4-15、第二挡水板盖板4-16阻挡后流入内衬下水槽4-17，经内衬下水槽4-17上的开口流至积水槽4-8最后通过积水槽4-8开口流入电解液循环***1-4。
如图5所示，简要介绍本实用新型复合进给电解加工机床集成控制***1-3，具体控制方式及方法可参考专利申请一种数控电解加工集成控制***及其控制方法（公开号： 103008808A，公开日：2013年4月3日）。所述的集成控制***1-3包括上位机、进给运动控制***、往复运动控制***、电解液参数控制***、脉冲电源控制***和数据采集与处理***。其中，上位机作为控制单元，设定电解加工中的进给运动参数、往复运动参数、电解液参数及电源参数，加工中通过数据采集卡反馈的数据对各参数进行精确控制，同时实时显示加工参数信号，当加工过程中出现异常时，控制各***停止运行并报警。集成控制***1-3根据电解加工的工艺特点，设定电源***、电解液循环过滤***及机床运动***工作的优先级。开始加工时，按电解液***、电源***、机床运动***次序工作；加工结束或者中途出现加工异常时，停机顺序按机床运动***、电源***、电解液***次序进行，可以避免由操作失误导致的工具和阴极刚性接触及短路烧蚀产生的经济损失。
如图6所示，简介本实用新型电解机床的工作方法。本实用新型采用电解加工脉冲电源1-2进行加工，脉冲电源分为正向高频脉冲高压电源7-2和反向高频脉冲低压电源7-3。正向高频脉冲高压电源7-2电压范围在12~30V之间，反向高频脉冲低压电源7-3电压范围在3~6V之间。阴极复合运动由进给运动与往复运动复合而成。在复合运动中，工具阴极从往复运动顶端运动到加工位置，即往复运动底端，阴极静止，加工一段时间后回退至往复运动顶端。在工具阴极运动到加工位置前提前接通正向高频脉冲高压电源7-2，加工过程中持续通电，加工结束，阴极开始远离加工位置并持续接通正向高频脉冲高压电源7-2一段时间；在正向高频脉冲高压电源7-2切断后，在阴极回退过程中接通反向高频脉冲低压电源7-3，并在阴极回退到往复运动最高点前切断反向高频脉冲低压电源7-3，在回退过程在阴阳两级之间持续施加反向脉冲低压，在阴极回退最后阶段，在阴极到达往复运动最高位置前停止施加反向脉冲低压，待阴极回退至往复运动最高位置后开始下一个往复运动周期进行复合进给脉冲电流电解加工。上述所有时间间隔均可有集成控制***1-3精确控制。
如图7所示，进一步介绍本实用新型电解机床的工作方法，特别是脉冲电源与往复运动匹配实现方式。首先根据往复运动实现装置2-6的振幅在往复运动实现装置2-6中的脉冲光栅尺7-1上设置最高点、平衡点和最低点三个参考点。当往复运动实现装置2-6运动到上述位置参考点时，脉冲光栅尺7-1输出脉冲信号，集成控制***1-3根据接收到的脉冲信号计算单个脉冲停留时间及相邻两脉冲信号间的间隔时间，从而得到往复运动实现装置2-6自上向下运动经历时间t和往复运动实现装置2-6在最低位置处停留时间，即加工时间t2，在该时间内阴极与工件之间施加数个脉冲电压。集成控制***1-3根据上个周期电解加工电流计算出每个周期内高频分组脉冲电源提前导通时间和滞后导通时间t1。在阴极回退过程中，在阴极回退过程中，停止施加加工电压时间周期t3后，通过集成控制***1-3中的脉冲电源控制***控制单刀双掷开关7-4在阴极与工件之间施加反向脉冲低压；反向脉冲低压持续时间周期t4，并在阴极回退到顶端前的时间周期t3内停止施加反向脉冲低压，以实现脉冲电源与往复运动的精确匹配。
所述集成控制***1-3设置电解加工脉冲电源的频率、脉宽及占空比，并通过集成控制***1-3中的脉冲电源控制***实现复合进给运动与脉冲电源的精确匹配。
如图8所示，简要介绍本机床电解液循环过滤***1-4，具体装置及控制方法可参考专利申请一种电解加工电解液循环过滤***及其控制方法（公开号：102873418A，公开日：2013年1月6日）。电解液循环过滤***1-4输出的电解液进行过滤之后重新输回至电解液循环过滤***1-4，所述电解液循环过滤***1-4输出的电解液分为两个回路，其中第一回路包括主泵及两级串联的过滤器，其根据集成控制***1-3设定的参数调节输入加工区域电解液的流量、压力并净化电解液；第二回路包括板框压滤机、流量变送器，用以将电解液槽中电解产物及杂质压干并排出，电解液槽上还设有电解液参数控制***，所述电解液参数控制***包括有浸入电解液中的热交换器、温度传感器、浓度传感器、PH传感器以及通过电磁阀和管道与电解液槽相连的PH值调液槽、浓度调液槽，所述温度传感器、浓度传感器及PH传感器输出信号通过数据采集卡传递给集成控制***1-3，集成控制***1-3根据采集的信号控制热交换器、PH值调液槽及浓度调液槽来调节电解液的参数。
Claims (6)
1.一种电解加工机床，其特征在于：包括机床本体（1-1）、电解加工脉冲电源（1-2）、集成控制***（1-3）和电解液循环过滤***（1-4）；所述机床本体（1-1）包括床身（2-1）、水平工作台（2-2）、工作箱（2-3）、机床立柱（2-4）、滑座（2-5）及往复运动实现装置（2-6）；其中，水平工作台（2-2）设置在床身（2-1）上方，并分别通过X向、Y向传动机构实现水平工作台（2-2）沿X向、Y向运动；机床立柱（2-4）也设置在床身（2-1）上方，滑座（2-5）设置在机床立柱（2-4）前部，并通过Z向传动机构实现滑座（2-5）沿Z向运动；往复运动实现装置（2-6）安装在滑座（2-5）下部，工具阴极安装在往复运动实现装置（2-6）下部，通过往复运动实现装置（2-6）实现阴极规律往复运动。
2.如权利要求1所述的电解加工机床，其特征在于：所述过X向、Y向传动机构包括X向伺服电机（3-2）、Y向伺服电电机（3-5）和X向伺服电机（3-2）、Y向伺服电电机（3-5）带动的X向滚珠丝杠副（3-1）、Y向滚珠丝杠副（3-4）；所述Z向传动机构包括Z向伺服电机（3-10）和Z向伺服电机（3-10）带动的Z向滚珠丝杠副（3-8），滑座（2-5）安装于Z向滚珠丝杠副（3-8）上。
3.如权利要求2所述的电解加工机床，其特征在于：所述水平工作台（2-2）下方还设置有水平工作台（2-2）的电解液防护装置及X、Y向传动机构的电解液防护装置；所述滑座（2-5）后方还设置有滑座（2-5）的电解液防护装置及Z向传动机构的电解液防护装置。
4.如权利要求3所述的电解加工机床，其特征在于：所述水平工作台（2-2）的电解液防护装置及X、Y向传动机构的电解液防护装置包括设置于水平工作台（2-2）下方的工作台防护罩（4-1）、X轴溜板（3-7）、设置于X轴溜板（3-7）上的工作台第一下罩板（4-2）和工作台第二下罩板（4-3）、设置于水平工作台（2-2）Y方向上的第一伸缩式防护罩（4-4）和第二伸缩式防护罩（4-5）。
5.如权利要求4所述的电解加工机床，其特征在于：所述滑座（2-5）的电解液防护装置及Z向传动机构的电解液防护装置包括设置在滑座（2-5）后方的大隔板（4-9）、设置于滑座（2-5）后部上、下方的铠甲防护廉（4-10）、设置于铠甲防护廉（4-10）左右边的第一挡水板（4-11）、第二挡水板（4-12）、设置于第一挡水板（4-11）、第二挡水板（4-12）上的内衬皮老虎（4-13）。
6.如权利要求5所述的电解加工机床，其特征在于：所述电解加工脉冲电源（1-2）包括脉冲高压电源（7-2）和脉冲低压电源（7-3）。
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