专利名称：用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置的制作方法
技术领域：
一种用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，属于精密研磨加工领域。
背景技术：
在线电解修整砂轮(ELID)精密镜面磨削是20世纪末从日本发展起来的一项磨削新技术。它开辟了精密超精密镜面磨削加工的新途径，在高温合金、脆硬材料等难加工材料的超精密镜面加工方面具有重要应用，解决了传统磨削技术对脆硬难加工材料进行加工时存在的磨削力大、温度高、效率低、修锐困难等问题。不少海内外学者对其工艺系统、加工机理等进行了深入研究。目前，ELID镜面磨削技术已经逐步实现其在光学镜头、光学玻璃、半导体微处理器等领域的产业化。但是，针对ELID研磨技术的研究还未引起更多关注，而研磨是一种重要的精密、超精密加工技术，几乎适合于各种材料的加工，且传统研磨工艺技术对脆硬难加工材料进行加工时存在加工精度不稳定、加工成本高、效率低、磨具修整困难等问题，难以满足高精度、高效率的加工要求。因此，结合ELID磨削技术和研磨技术，解决传统磨削加工方法所存在的问题，是拓展研磨领域的关键，而用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置是ELID研磨技术的核心，其相关专利及参考文献目前并未查阅到。
发明内容
为了克服传统研磨工艺技术对脆硬难加工材料进行加工时存在的不足，本发明提供了一种用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，实现将ELID技术应用于研磨领域，以降低生产成本，提高研磨加工的精度和效率。本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是上表面镶嵌有研磨丸片17的研磨盘2安装在机床主轴I上，由机床主轴I带动旋转；在研磨盘2上方设有卡盘12，卡盘12下端开有一个同轴孔，孔的直径小于卡盘12的直径，且等于工件盘13的直径，孔的高度小于卡盘12的高度，同时也小于工件的高度；工件盘13上开有排布均匀的孔，孔的直径与工件直径相等，工件盘13的厚度小于工件的高度；工件和工件盘13置于研磨盘2上，工件装于工件盘13的孔内，工件盘13装于卡盘12的孔内；研磨盘2与ELID电解电源正极相连作为阳极，两个不锈钢箱体8与ELID电解电源负极相连作为阴极，两个不锈钢箱体8对称分布于压力头14两侧，且位于研磨盘2上方；电解研磨液从不锈钢箱体8侧面顶部的小孔注入，不锈钢箱体8底面开有分布均匀的喷洒孔9，使电解研磨液均匀地喷洒到工件与研磨盘2之间；两导向板11通过螺钉6固定在平板4上，导向板11的侧面开有导向槽；两不锈钢箱体8内侧设有导向块10，导向块10置于导向板11的导向槽内，对不锈钢箱体8的位置微调进行导向；丝杠16通过螺纹孔15与平板4相连，平板4两端设有用于在机床导轨上滑动的槽；压力头14上端与气缸5相连，下端顶在卡盘12的上表面，对卡盘12施加可控压力，进而对工件施加可控压力；传动电机通过丝杠16带动平板4在机床导轨上作横向移动，两不锈钢箱体8、导向板11、气缸5及压力头14均安装在平板4上并随着平板4 一起运动，同时压力头14带动卡盘12、工件盘13和工件在研磨盘2上进行横向往复运动，以研磨工件；平板4的移动距离由安装在机床导轨两侧的电磁传感器控制；传感器3安装在不锈钢箱体8侧面，并且传感器3的探头与不锈钢箱体8底面位于同一水平面，监测不锈钢箱体8底部与研磨盘2之间的距离，传感器3将信号输出给PLC控制器，当不锈钢箱体8底部与研磨盘2之间的距离大于1. 5mm或小于O. 5mm时，PLC控制器将距离信号输出给步进电机。通过步进电机、丝杠7、导向块10和导向板11实现对不锈钢箱体8上下位移的微调，通过上述闭环控制使得加工过程中电极间隙始终在O. 5 1. 5mm范围内。所述研磨丸片17为铁铜结合剂金刚石丸片。所述研磨盘2是在铸铁基圆盘上钻出排布均匀的孔，孔的深度低于金刚石丸片的高度，并与金刚石丸片过盈配合。将金刚石丸片敲入孔中后，在突出的金刚石丸片间浇铸熔融的纯铝液，待冷却后修型，使金刚石丸片的高度与周围纯铝的高度相同。所述压力头14对卡盘12施加的可控压力的大小由电动气泵充入气缸5的气体量控制。所述不锈钢箱体8的截面为扇形。本发明专利的有益效果是不锈钢箱体8底面开有分布均匀的喷洒孔9能使正负极间均匀地充满研磨液，使极间的电解修锐作用进行得充分和稳定；不锈钢箱体8为扇形，以保证研磨盘2内侧丸片与外侧丸片电解速率相同，使研磨盘保持很好的平面度，以提高加工质量；不锈钢箱体8对称分部于卡盘12的两侧，并与其同时在研磨盘2上运动，有效降低了研磨盘2在加工过程中的电解不均匀性；传感器3、PLC控制器、步进电机、丝杠7、导向块10、导向板11组成的闭环控制能始终保持极间距离稳定，进而使电解加工的进行得充分和稳定；此用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置的优点在于传动结构紧凑、占用机床空间较小，磨削液喷洒均匀丰盈，并且可以实现电极间隙的自适应控制。
图1是用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置的结构示意图。图2是用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置的三维示意图。图1中1-主轴,2-研磨盘,3-传感器,4-平板,5-气缸,6-螺钉,7-丝杠,8-扇形不锈钢箱体，9-喷洒孔，10-导向块，11-导向板，12-卡盘，13-工件盘，14-压力头，15-螺纹孔，16-丝杠，17-研磨丸片。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对于本发明作进一步的说明。如图1和图2所示，本实施例中的装置主要包括步进电机，PLC控制器，传感器3，研磨盘2,卡盘12,扇形不锈钢箱体8,平板4,气缸5,丝杠7,导向板11,压力头14,丝杠16,研磨丸片17。上表面镶嵌有研磨丸片17的研磨盘2安装在机床主轴I上，由机床主轴I带动旋转；在研磨盘2上方设有卡盘12，卡盘12下端开有一个同轴孔，孔的直径小于卡盘12的直径，且等于工件盘13的直径，孔的高度小于卡盘12的高度，同时也小于工件的高度；工件盘13上开有排布均匀的孔，孔的直径与工件直径相等，工件盘13的厚度小于工件的高度；工件和工件盘13置于研磨盘2上，工件装于工件盘13的孔内，工件盘13装于卡盘12的孔内；研磨盘2与ELID电解电源正极相连作为阳极，两个不锈钢箱体8与ELID电解电源负极相连作为阴极，两个不锈钢箱体8对称分布于压力头14两侧，且位于研磨盘2上方；电解研磨液从不锈钢箱体8侧面顶部的小孔注入，不锈钢箱体8底面开有分布均匀的喷洒孔9，使电解研磨液均匀地喷洒到工件与研磨盘2之间；两导向板11通过螺钉6固定在平板4上，导向板11的侧面开有导向槽；两不锈钢箱体8内侧设有导向块10，导向块10置于导向板11的导向槽内，对不锈钢箱体8的位置微调进行导向；丝杠16通过螺纹孔15与平板4相连，平板4两端设有用于在机床导轨上滑动的槽；压力头14上端与气缸5相连，下端顶在卡盘12的上表面，对卡盘12施加可控压力，进而对工件施加可控压力；传动电机通过丝杠16带动平板4在机床导轨上作横向移动，两不锈钢箱体8、导向板11、气缸5及压力头14均安装在平板4上并随着平板4 一起运动，同时压力头14带动卡盘12、工件盘13和工件在研磨盘2上进行横向往复运动，以研磨工件；平板4的移动距离由安装在机床导轨两侧的电磁传感器控制；传感器3安装在不锈钢箱体8侧面，并且传感器3的探头与不锈钢箱体8底面位于同一水平面，监测不锈钢箱体8底部与研磨盘2之间的距离，传感器3将信号输出给PLC控制器，当不锈钢箱体8底部与研磨盘2之间的距离大于1. 5mm或小于O. 5mm时，PLC控制器将距离信号输出给步进电机。通过步进电机、丝杠7、导向块10和导向板11实现对不锈钢箱体8上下位移的微调，通过上述闭环控制使得加工过程中电极间隙始终在O. 5 1.5mm范围内。所述研磨丸片17为铁铜结合剂金刚石丸片。所述研磨盘2是在铸铁基圆盘上钻出排布均匀的孔，孔的深度低于金刚石丸片的高度，并与金刚石丸片过盈配合。将金刚石丸片敲入孔中后，在突出的金刚石丸片间浇铸熔融的纯铝液，待冷却后修型，使金刚石丸片的高度与周围纯铝的高度相同。所述压力头14对卡盘12施加的可控压力的大小由电动气泵充入气缸5的气体量控制。所述不锈钢箱体8的截面为扇形。在本发明实施过程中 所述ELID电解电源采用高频直流脉冲电源；所述步进电机采用高分辨率混合式步进电机；所述传感器3选用电涡流传感器；所述丝杠7采用滚珠丝杠，以满足不锈钢箱体8位置微调的精度；将本发明装于普通立式研磨机床上，工件装于工件盘13上，工件盘13装于卡盘12内，平板4装于机床导轨上。启动机床后主轴I带动研磨盘2旋转，压力头14带动卡盘12在研磨盘2上进行横向往复运动，对工件进行研磨。在不锈钢箱体8内充满电解研磨液，使不锈钢箱体8与研磨盘2之间均匀地洒满研磨液，进而使得研磨盘2电解充分、稳定。当工件达到所需精度后，压力头14迅速回升。随着研磨丸片17的磨损，不锈钢箱体8底部与研磨盘2之间的距离发生改变，传感器3将距离信号传递给PLC控制器，PLC控制器根据预设值，通过步进电机、滚珠丝杠7、导向块10和导向板11实现对不锈钢箱体8上下位移的微调，再通过位移传感器3将调整位置信息反馈给PLC控制器，实现闭环控制，使其本电解装置具有电极间隙自动定位功能。同时，通过调节ELID电解电源的电压和电流，控制研磨丸片17的电解修锐速度，使研磨丸片17始终保持良好状态，以实现对工件的ELID超精密研磨加工。
权利要求
1.用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，其特征在于:上表面镶嵌有研磨丸片(17)的研磨盘(2)安装在机床主轴(I)上，由机床主轴(I)带动旋转；在研磨盘(2)上方设有卡盘(12)，卡盘(12)下端开有一个同轴孔，孔的直径小于卡盘(12)的直径，且等于工件盘(13)的直径，孔的高度小于卡盘(12)的高度，同时也小于工件的高度；工件盘(13)上开有排布均匀的通孔，孔的直径与工件直径相等，工件盘(13)的厚度小于工件的高度；工件和工件盘(13 )置于研磨盘(2 )上，工件装于工件盘(13 )的通孔内，工件盘(13 )装于卡盘(12)的孔内；研磨盘(2)与ELID电解电源正极相连作为阳极，两个不锈钢箱体(8)与ELID电解电源负极相连作为阴极；两个不锈钢箱体⑶对称分布于压力头(14)两侧，且位于研磨盘(2)上方；电解研磨液从不锈钢箱体(8)侧面顶部的小孔注入，不锈钢箱体(8)底面开有分布均匀的喷洒孔(9)，使电解研磨液均匀地喷洒到工件与研磨盘(2)之间；两导向板(11)通过螺钉(6)固定在平板⑷上，导向板(11)的侧面开有导向槽；两不锈钢箱体(8)内侧设有导向块(10)，导向块(10)置于导向板(11)的导向槽内，对不锈钢箱体(8)的位置微调进行导向；丝杠(16)通过螺纹孔(15)与平板(4)相连，平板(4)两端设有用于在机床导轨上滑动的槽；压力头(14)上端与气缸(5)相连，下端顶在卡盘(12)的上表面，对卡盘(12)施加可控压力，进而对工件施加可控压力；传动电机通过丝杠(16)带动平板(4)在机床导轨上作横向移动，两不锈钢箱体(8)、导向板(11)、气缸(5)及压力头(14)均安装在平板(4)上并随着平板(4) 一起运动，同时压力头(14)带动卡盘(12)、工件盘(13)和工件在研磨盘(2)上进行横向往复运动，以研磨工件；平板(4)的移动距离由安装在机床导轨两侧的电磁传感器控制；传感器(3)安装在不锈钢箱体(8)侧面，且传感器(3)的探头与不锈钢箱体(8)底面位于同一水平面，监测不锈钢箱体(8)底部与研磨盘(2)之间的距离；传感器(3)将信号输出给PLC控制器，当不锈钢箱体(8)底部与研磨盘(2)之间的距离大于1.5mm或小于0.5mm时，PLC控制器将距离信号输出给步进电机。通过步进电机、丝杠(7)、导向块(10)和导向板(11)实现对不锈钢箱体(8)上下位移的微调，通过上述闭环控制使得加工过程中电极间隙始终在0.5 1.5mm范围内。
2.根据权利要求1所述的用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，其特征在于:研磨丸片(17)为 铁铜结合剂金刚石丸片。
3.根据权利要求1所述的用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，其特征在于:研磨盘(2)是在铸铁基圆盘上钻出排布均匀的孔，孔的深度低于金刚石丸片的高度，并与金刚石丸片过盈配合；将金刚石丸片敲入孔中后，在突出的金刚石丸片间浇铸熔融的纯铝液，待冷却后修型，使金刚石丸片的高度与周围纯铝的高度相同。
4.根据权利要求1所述的用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，其特征在于:压力头(14)对卡盘(12)施加的可控压力的大小由电动气泵充入气缸(5)的气体量控制。
5.根据权利要求1所述的用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，其特征在于:不锈钢箱体(8)的截面为扇形。
全文摘要
用于在线电解修锐金属结合剂丸片研磨加工的电解装置，属于研磨精密加工领域。上表面镶嵌有研磨丸片的研磨盘作为阳极，由机床主轴带动旋转。卡盘内装有工件盘和工件，压力头带动卡盘在研磨盘上进行横向往复运动，以研磨工件。不锈钢箱体作为阴极，对称分布于压力头两侧，并设有一个微传动机构以实现不锈钢箱体上下位移的微调。通过传感器、PLC控制器、步进电机和微传动机构使不锈钢箱体底部与研磨盘的距离始终保持在1mm左右。另外，不锈钢箱体底面开有分布均匀的研磨液喷洒孔，使极间的电解修锐作用即阳极溶解进行得充分和稳定，实现对工件的超精密研磨加工。
文档编号B24B1/00GK103072048SQ201310013938
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者关佳亮, 朱莉莉, 王志伟, 马新强, 张孝辉 申请人:北京工业大学