一种管电极电解铣削加工深窄槽的方法及装置

1.本发明涉及精密加工的技术领域，更具体地，涉及一种管电极电解铣削加工深窄槽的方法及装置。


背景技术：

2.深窄槽结构在航空发动机以及工业燃气轮机等技术、知识双密集型高科技产品的核心零部件上应用越来越广泛，并且发挥着重要作用。该类结构不仅结构独特、加工精度要求高，并且本体通常采用难切削加工高温合金材料，这些特点使深窄槽结构的制造质量、效率、成本问题凸显。电解铣削加工基于电化学阳极溶解原理，采用形状简单的工具电极(如球头电极、棒状电极、管电极)，通过控制工具电极运动轨迹实现复杂型腔、型面的加工。该工艺集成了电解加工与传统铣削加工的工艺特点，相比成型电极电解加工，避免了成型阴极设计，具有柔性大、适应性强等优点，已成为电解加工技术的一个重要发展方向，并在深窄槽加工方面发挥重要作用。
3.公开号为“cn107414221a”，公开日为2019年4月30日的中国专利文件公开了一种三维微纳结构电化学诱导加工方法，将被加工工件固定于电化学体系中电解池底部，再将电解池固定于x
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y方向水平位移台上；将微纳米尺寸刀具电极固定于夹具上，再将夹具固定于z方向位移台上；向电解池中注入电解液，使电解液没过被加工工件；控制微纳米尺寸刀具电极逼近被加工材料；z方向微动位移台设定为闭环模式，微纳米尺寸刀具电极电化电流作为其闭环信号；微纳米尺寸刀具电极在扫描运动时，根据预加工结构三维形貌实时调制刀具电极的电化学电流，最终在被加工工件表面加工出预定的三维微纳结构。另外也有公开号为“cn109500462a”，公开日为2019年3月22日的一种间歇式脉冲电解加工装置，包括电解液箱、水泵、电解脉冲电源、加工平台和驱动机构，加工平台上设有用于夹持工件的卡盘，加工平台在卡盘正上方设有加工轴，加工轴由驱动机构驱动上下直线移动，加工轴的下端设有用于加工内键槽的凸齿，电解脉冲电源的阴极与加工轴电连接、阳极与卡盘及工件电连接；水泵的入水口与电解液箱相连通，水泵的出水口通过供液管向加工轴的凸齿和工件待加工处输送电解液。基于阳极溶解原理，工件作为电解阳极，加工轴的凸齿作为电解阴极，工件的内键槽位置处在电解作用下慢慢被溶解，直至内键槽被完全加工出来。
4.但在上述的技术方案中，工件都位于加工轴电极的下方，工件浸泡在电解液中或者工件的表面汇集有电解液及加工产物，在这两种情况下，电解液在杂散电流的影响下，容易对工件的非加工区域造成杂散腐蚀，导致深窄槽边缘的圆角增大而结构精度下降和影响工件表面非加工区的表面质量；若是电解液汇集和积累在已经完成加工的区域内，在杂散电流的作用下，对已经加工完成的深窄槽内壁造成二次腐蚀，导致深窄槽的尺寸精度降低。


技术实现要素：

5.本发明为克服上述现有技术中电解加工深窄槽的加工精度不足和表面质量差的问题，提供一种管电极电解铣削加工深窄槽的方法及装置，提高深窄槽的精度和工件的表
面质量。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种管电极电解铣削加工深窄槽的装置，包括如下步骤：
7.步骤一：将工件夹持在z轴移动平台上，将中空结构的管电极安装在x/y轴移动平台上；
8.步骤二：将电源的负极与管电极电连接，正极与工件电连接；
9.步骤三：通过x/y轴移动平台将管电极移动至工件的正下方，通过水泵向管电极的内部提供电解液，令电解液从下至上喷出，同时启动z轴移动平台，令工件向管电极的方向移动；
10.步骤四：启动电源，管电极喷出的电解液接触工件，对工件进行电解加工。加工过程为控制管电极在x/y平面的运动轨迹，实现不同轨迹深窄槽的电解铣削加工。
11.在上述的加工方法中，与现有的加工方式和思路相反，工件位于加工刀具的上方，电解液是从下往上喷出。从管电极喷出的电解液与工件接触后，通过不断移动工件沿z轴运动，而管电极沿x轴和y轴运动，从而令电解液在喷在深窄槽的轨迹内，在工件的加工区域内对工件进行电解，从而在工件上形成深窄槽。由于加工过程中，喷在工件上的电解液和不溶性电解产物受到重力的作用会向下流，通过控制管电极和工件的移动，使得电解液只向待加工区域流动，而不会流动至工件表面非加工区域和已经完成加工区域内并且发生积累或汇集的情况，避免了电解液在杂散电流的作用在工件上引起杂散腐蚀。
12.优选的，在对工件进行电解加工过程中，通过z轴移动平台控制工件沿z轴下行，完成盲孔的加工；然后通过x/y轴移动平台控制管电极在x轴和/或y轴方向进行运动，完成不同轨迹的深窄槽加工。电解液从管电极喷出后，先具有一个向上的压力，然后就会受到重力的作用，沿着管电极的四周向下流，电解液的流动轨迹相当于一把能够加工四周和顶端的加工刀具，通过电解液顶端的电解加工效果完成盲孔加工后，只需要令管电极沿x轴或y轴方向平移即可进一步实现深窄槽的加工，在这个过程中只需要控制电解液的液压就可以调节电解液流动轨迹的宽度和高度，实现电解液加工半径的调节，令加工更加便利，精度更高。
13.还提供一种用于实现上述管电极电解铣削加工深窄槽方法的装置，包括x/y轴移动平台、位于所述x/y轴移动平台上方的z轴移动平台、电解液供应组件和电源，所述x/y轴移动平台上安装有管电极；z轴移动平台上设置有用于固定工件的工件夹具；所述管电极为中空结构，所述电解液供应组件向所述管电极的内腔供应电解液；所述电源的负极与所述管电极电连接，正极用于与工件电连接。
14.在上述的加工装置的技术方案中，将工件固定在工件夹具上，z轴移动平台带动工件垂直上下运动，工件的加工面朝向下方。管电极固定x/y轴移动平台，x/y轴移动平台带动着管电极在x轴和y轴移动，在工件的加工表面对准管电极的时候，电解液供应组件向管电极内部供应电解液，令电解液从下往上喷出，电源也给工件和管电极通电，令电解液接触工件后对工件进行电解加工。而喷出的电解液受重力作用向下流动，也可以设置为回流至电解液供应组件中。由于电解液会向下流动，因此不会在工件表面积累汇集，避免电解液与工件其他非加工区域之间发生反应，产生杂散腐蚀。同时，随着管电极的移动和电解液向下流动的共同影响下，电解液不会与已经完成加工的区域接触，避免对这些区域造成二次腐蚀。
15.优选的，所述x/y轴移动平台上设置有电解槽，所述管电极安装在所述电解槽内；所述电解槽与所述电解液供应组件连通。向下流动的电解液全部回流至电解槽内，通过电解槽的收集的作用与电解液供应组件实现电解液的循环使用。
16.优选的，所述电解槽内安装有第二夹具；所述第二夹具包括固定于所述电解槽内的底座和安装于所述底座上的夹具头；所述夹具头用于夹紧所述管电极；所述底座设置有空腔，所述空腔分别与所述管电极的内腔和所述电解液供应组件连通。夹具头夹紧管电极的痛失，管电极的一端插入底座的空腔内，电解液供应组件向第二夹具的内腔供应电解液，由于管电极与内腔连通，当内腔注满电解液之后，电解液就会沿着管电极向上喷出。
17.优选的，所述夹具头处设置有筒夹，所述夹具头通过夹紧所述筒夹来固定所述管电极。夹具头可以为卡爪盘等结构的，为了避免卡爪盘与管电极之间的线接触容易造成不稳定或者夹伤管电极，可以令夹具头先夹紧筒夹，在通过筒夹与管电极之间的面接触夹紧管电极，令管电极更加稳定和避免管电极被夹伤。
18.优选的，所述电解液供应组件包括回液箱和供液箱；所述电解槽设置有排液口，所述空腔设置有进液口；所述供液箱通过供液泵与所述进液口连通，所述回液箱通过连接管与所述排液口连通，所述回液箱通过回液泵与所述供液箱连通。供液泵和回液泵均为水泵，供液箱内装有电解液。供液泵的进水端与供液箱连接，出水端与进液口连通，将供液箱内的电解液抽取至空腔内，并提供一定的压力。回流至电解槽的电解液和不溶性电解产物通过排液口进入至回液箱。回液泵的进水端与回液箱连通，出水端与供液箱连通，回液泵将回液箱的液体抽取至供液箱，实现电解液的循环利用。
19.优选的，所述回液箱和所述供液箱之间还设置有过滤装置，所述回液泵的出水口与所述过滤装置连接，所述过滤装置的出水口与供液箱连通。回液泵将液体抽取至供液箱时，液体会经过过滤装置，通过过滤装置的作用将不溶性电解产品滤出，只有电解液能够通过过滤装置进入供液箱，避免不溶性电解产物循环回流至管电极处，影响电解加工的质量。
20.优选的，所述供液泵的出水口还连接有调压阀，调节电解液的压力，从而控制电解液喷出的高度和回流轨迹所形成的加工宽度。其中，加工宽度是指电解液向下流的时候，电解液的边缘与管电极中心的宽度，压力越大，电解液喷出的高度就越高，加工宽度就越大。压力越小，情况就相反。
21.优选的，所述排液口的位于所述进液口的下方。当回流的电解液积累至排液口排出，而进液口的相对高度较排液口高，可以避免排液口的液体流入进液口。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：电解液和不溶性电解产物受重力作用向下流，只会在工件的加工区域处流动，不会在非加工区域流动，避免了非加工区域表面受到杂散腐蚀，提高工件表面的质量；同时，深窄槽边缘的圆角也不会增大，提高深窄槽结构精度。管电极只会在待加工区域移动，因此电解液不会流回已经完成加工的区域，避免了对已经完成加工区域造成二次腐蚀，提高深窄槽的加工精度。
附图说明
23.图1是本发明的一种管电极电解铣削加工深窄槽的方法的流程图；
24.图2是本发明的一种管电极电解铣削加工深窄槽的装置的结构示意图；
25.图3是本发明的管电极与工件的电解过程示意图。
具体实施方式
26.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
27.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
28.下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
29.实施例1
30.如图1所示为一种管电极电解铣削加工深窄槽的方法的实施例，包括如下步骤：
31.步骤一：将工件夹持在机床的z轴移动平台上，将中空结构的管电极安装在同一机床的x/y轴移动平台上；
32.步骤二：将电源的负极与管电极电连接，正极与工件电连接；
33.步骤三：通过x/y轴移动平台将管电极移动至工件的正下方，通过水泵向管电极的内部提供电解液，令电解液从下至上喷出，同时启动z轴移动平台，令工件向管电极的方向移动；
34.步骤四：启动电源，管电极喷出的电解液接触工件，对工件进行电解加工。在对工件进行电解加工过程中，通过z轴移动平台控制工件沿z轴下行，完成盲孔的加工；然后通过x/y轴移动平台控制管电极在x轴和/或y轴方向进行运动，完成不同轨迹的深窄槽的电解铣削加工。
35.从管电极喷出的电解液与工件接触后，通过不断移动工件沿z轴运动，而管电极沿x轴和y轴运动，从而令电解液在喷在深窄槽的轨迹内，在工件的加工区域内对工件进行电解，从而在工件上形成深窄槽。由于加工过程中，喷在工件上的电解液和不溶性电解产物受到重力的作用会向下流，通过控制管电极和工件的移动，使得电解液只向待加工区域流动，而不会流动至非加工区域和已经完成加工区域内并且发生积累或汇集的情况，避免了电解液在杂散电流的作用在工件上引起杂散腐蚀。
36.电解液从管电极喷出后，先具有一个向上的压力，然后就会受到重力的作用，沿着管电极的四周向下流，电解液的流动轨迹相当于一把能够加工四周和顶端的加工刀具，通过电解液顶端的电解加工效果完成盲孔加工后，只需要令管电极沿x轴或y轴方向平移即可进一步实现深窄槽的加工，在这个过程中只需要控制电解液的液压就可以调节电解液流动轨迹的宽度和高度，实现电解液加工半径的调节，令加工更加便利，精度更高。
37.本实施例的有益效果：电解液和不溶性电解产物受重力作用向下流，只会在工件的加工区域处流动，不会在非加工区域流动，避免了非加工区域表面受到杂散腐蚀，提高工件表面的质量；同时，深窄槽边缘的圆角也不会增大，提高深窄槽结构精度。管电极只会在待加工区域移动，因此电解液不会流回已经完成加工的区域，避免了对已经完成加工区域
造成二次腐蚀，提高深窄槽的加工精度。
38.实施例2
39.如图2
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3所示为一种管电极电解铣削加工深窄槽的装置的实施例，可用于实现实施例1的方法。该装置包括x/y轴移动平台1、位于x/y轴移动平台1上方的z轴移动平台2、电解液供应组件3和电源4，x/y轴移动平台1上安装有管电极5；z轴移动平台2上设置有用于固定工件的工件夹具6；管电极5为中空结构，电解液供应组件3向管电极5的内腔供应电解液；电源4的负极与管电极5电连接，正极用于与工件电连接。x/y轴移动平台1和z轴移动平台2均为同一加工机床的部件。
40.具体的，x/y轴移动平台1上设置有电解槽7，管电极5安装在电解槽7内；电解槽7与电解液供应组件3连通。向下流动的电解液全部回流至电解槽7内，通过电解槽7的收集的作用与电解液供应组件3实现电解液的循环使用。
41.具体的，电解槽7内安装有第二夹具8；第二夹具8包括固定于电解槽7内的底座801和安装于底座801上的夹具头802；夹具头802用于夹紧管电极5；底座801设置有空腔803，空腔803分别与管电极5的内腔和电解液供应组件3连通。夹具头802夹紧管电极5的痛失，管电极5的一端插入底座801的空腔803内，电解液供应组件3向第二夹具8的内腔供应电解液，由于管电极5与内腔连通，当内腔注满电解液之后，电解液就会沿着管电极5向上喷出。
42.其中，夹具头802处设置有筒夹804，夹具头802通过夹紧筒夹804来固定管电极5。夹具头802可以为卡爪盘等结构的，为了避免卡爪盘与管电极5之间的线接触容易造成不稳定或者夹伤管电极5，可以令夹具头802先夹紧筒夹804，在通过筒夹804与管电极5之间的面接触夹紧管电极5，令管电极5更加稳定和避免管电极5被夹伤。
43.具体的，电解液供应组件3包括回液箱301和供液箱302；电解槽7设置有排液口701，空腔803设置有进液口8031；供液箱302通过供液泵303与进液口8031连通，回液箱301通过连接管与排液口701连通，回液箱301通过回液泵304与供液箱302连通。供液泵303和回液泵304均为水泵，供液箱302内装有电解液。供液泵303的进水端与供液箱302连接，出水端与进液口8031连通，将供液箱302内的电解液抽取至空腔803内，并提供一定的压力。回流至电解槽7的电解液和不溶性电解产物通过排液口701进入至回液箱301。回液泵304的进水端与回液箱301连通，出水端与供液箱302连通，回液泵304将回液箱301的液体抽取至供液箱302，实现电解液的循环利用。
44.其中，回液箱301和供液箱302之间还设置有过滤装置305，回液泵304的出水口与过滤装置305连接，过滤装置305的出水口与供液箱302连通。回液泵304将液体抽取至供液箱302时，液体会经过过滤装置305，通过过滤装置305的作用将不溶性电解产品滤出，只有电解液能够通过过滤装置305进入供液箱302，避免不溶性电解产物循环回流至管电极5处，影响电解加工的质量。
45.进一步的，供液泵303的出水口还连接有调压阀306，调节电解液的压力，从而控制电解液喷出的高度和回流轨迹所形成的加工宽度。其中，加工宽度是指电解液向下流的时候，电解液的边缘与管电极5中心的宽度，压力越大，电解液喷出的高度就越高，加工宽度就越大。压力越小，情况就相反。
46.另外的，排液口701的位于进液口8031的下方。当回流的电解液积累至排液口701排出，而进液口8031的相对高度较排液口701高，可以避免排液口701的液体流入进液口
8031。
47.本实施例的工作原理：将工件9固定在工件夹具6上，z轴移动平台2带动工件垂直上下运动，工件9的加工面朝向下方。管电极5固定第二夹具8上，x/y轴移动平台1带动第二夹具8移动，从而令管电极5在x轴和y轴移动，在工件9的加工表面对准管电极5的时候，供液箱302通过供液泵303和调压阀306向管电极5内部供应电解液，令电解液从下往上喷出，电源4也给工件和管电极5通电，令电解液接触工件后对工件9进行电解加工。而喷出的电解液和不溶性电解产物受重力作用向下流动，流动至电解槽7内。电解槽7的电解液和不溶性电解产物通过排液口701进入回液箱301，然后通过回液泵304和过滤装置305进入供液箱302，再经过供液泵303的作用向第二夹具8的空腔803供应电解液，依次形成循环。由于电解液会向下流动，因此不会在工件上积累汇集，避免电解液与工件其他非加工区域之间发生反应，产生杂散腐蚀。同时，随着管电极5的移动和电解液向下流动的共同影响下，电解液不会与已经完成加工的区域接触，避免对这些区域造成二次腐蚀。
48.本实施例的有益效果：电解液和不溶性电解产物受重力作用向下流，只会在工件的加工区域处流动，不会在非加工区域流动，避免了非加工区域表面受到杂散腐蚀，提高工件表面的质量；同时，深窄槽边缘的圆角也不会增大，提高深窄槽结构精度。同时管电极5只会在待加工区域移动，因此电解液不会流回已经完成加工的区域，避免了对已经完成加工区域造成二次腐蚀，提高深窄槽的加工精度。
49.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。