可拆卸组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法

摘要

本发明涉及一种可拆卸组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法，属于电解磨铣复合加工领域。本发明的组合式工具阴极，包括磨头、密封圈和刀杆。其中，磨头的下端侧壁和底面均开有出液孔并电镀有磨粒层，磨头的六角形法兰下端面涂覆有绝缘层，安装时，磨头和刀杆通过螺纹连接，密封圈嵌入刀杆止口槽内。利用本发明提出的工具阴极，可先在工件上表面任意处进行“钻削式”加工至所需深度，再进行“铣削式”加工出所需结构。本发明能显著降低电解磨铣加工的刀具成本，并扩展该技术的应用范围。

权利要求

1.一种可拆卸组合式工具阴极，其特征在于：

包括磨头（1）、密封圈（2）和刀杆（3）；

所述磨头（1）为设有中心盲孔，下端封闭上端开口的圆筒结构；该磨头（1）下端侧壁外表面和底部端面均电镀有磨粒层，磨粒层在磨头侧壁上的高度与所需的加工深度相等，下端外表面和底部端面还开有若干与中心盲孔相通的出液孔（4）；该磨头（1）中部外侧具有安装法兰，安装法兰的下端面涂覆有绝缘材料；该磨头（1）上端侧壁设有定位外螺纹（8）；

所述刀杆（3）为中空的圆柱体结构，刀杆（3）内侧从下向上依次设置有止口槽（10）、螺纹孔（11）和通孔（12）；

所述密封圈（2）位于刀杆（3）的止口槽（10）中，所述磨头（1）通过外螺纹（8）安装于所述刀杆（3）的螺纹孔（11）中。

2.根据权利要求1所述的可拆卸组合式工具阴极，其特征在于：

所述刀杆（3）的通孔（12）的直径与所述磨头（1）的中心盲孔的直径相等;所述磨头（1）在安装法兰的上端面以上的高度与所述刀杆（3）的止口槽（10）深度和螺纹孔（11）深度之和相等。

3.根据权利要求1所述的可拆卸组合式工具阴极，其特征在于：所述刀杆（3）的组成材料为不锈钢，所述磨头（1）的基体材料为普通钢铁。

4.根据权利要求1所述的可拆卸组合式工具阴极的电解磨铣加工方法，其特征在于包括以下过程：刀杆（3）沿轴向垂直装夹在机床主轴头上并接工作电源负极，将密封圈（2）放置于磨头的安装法兰端面上，通过转动工具夹持该安装法兰以驱动磨头（1）旋转进入刀杆（3）直至夹紧；

将工件装夹在机床工作台上并接工作电源正极，通过机床的运动控制系统完成对刀、定位；

加工时，工具阴极随主轴高速旋转，电解液从磨头（1）的出液孔（4）中同时喷射，工具阴极先沿Z轴负向加工到所需深度，然后工具阴极Z方向不动，工件开始沿XY平面内以一定路径进给，即可加工出所需结构；

当加工需要换刀时，先通过机床的运动控制系统退刀，再使用转动工具拆卸旧的磨头并安装新的磨头，然后对刀、定位，可继续开始加工。

说明书

可拆卸组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可拆卸组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法，属于电解磨削复合加工领域。

背景技术

[0002] 镍基高温合金、钛合金等金属材料已经被广泛用于航空航天、船舶、石油等工业中。以航空制造业为例，镍基高温合金的使用量已经占到了PW4000发动机总质量的57%，钛合金的使用量已经占到了第四代战斗机F-22总质量的41%。然而，由于这些材料具有高温强度高、导热系数低等特点，使得在切削加工过程中切削力大、切削温度高、刀具磨损严重以及加工硬化显著。同时，由于航空飞机零部件的结构设计特点，大量的材料需要从整块毛坯中去除，这也导致了较高的切削加工成本。因此，低的加工效率和质量无法满足不断增长的加工需求,这给现代制造业的发展带来了诸多挑战。

[0003] 电解磨削是一种由电解作用和机械磨削作用相复合而实现材料去除的加工方法。传统的电解磨削加工通常采用导电砂轮作为工具阴极，并通过外接喷嘴向加工区域喷射电解液。在电解作用下，工件表面金属发生溶解并生成较软的氧化物薄膜，随即被旋转的砂轮磨粒刮除，又露出新的金属表面并被继续电解，如此反复，直至达到一定的尺寸精度和表面粗糙度。在整个加工过程中，大部分金属材料是以离子形式去除的，因此磨具的损耗较小，非常适合于加工难切削的金属材料。然而，受砂轮结构和供液方式的限制，传统的电解磨削加工柔性和效率较低，这不利于该技术优势的推广。

[0004] 为改善这一难题，电解磨铣加工被提出，即采用棒状磨头作为工具阴极，以类似数控铣削的方式由磨头电极的旋转运动和工件的进给运动共同形成轮廓的发生线，通过相切法进行成形加工的方法。相比于传统的电解磨削加工，数控铣削方式的引入显著提高了加工的柔性，可实现型面、型腔、薄壁和凸台等结构的加工。最初，电解磨铣加工仍然采用外接喷嘴的方式向加工区域提供电解液。然而，这种供液方式容易导致电解液大部分从工件表面流失，当加工切深较大时，极间间隙中的加工产物难以被及时带走，结果限制了材料去除率的提高。因此，内喷液式电解磨铣加工被进一步提出，电解液可通过磨头内孔直接喷射到加工间隙内，并及时带走加工产物。结果，单次走刀所去除的材料厚度得到显著提高，电解磨铣的加工效率被进一步改善。

[0005] 目前，内喷液式电解磨铣加工使用的工具阴极多为一体式，即制备时需要先在基体顶部加工出一个盲孔，然后在基体侧壁加工出若干出液孔，最后在基体加工区域电镀金刚石磨粒。由于工具阴极需要具有一定长度以便于安装和定位，导致所加工盲孔的深径比一般较大，在制造时往往非常耗费工时。例如，加工盲孔时，产生的切屑必须及时使用气枪吹出，否则容易进刀受阻甚至造成刀具损坏。此外，在实际生产中，往往有很多结构件的制造是需要从工件上表面开始进行的，但对于电解磨铣加工，由于出液孔通常仅被设计在工具阴极的侧壁，导致工具阴极也只能从工件的侧壁处开始去除材料，限制了该技术的应用范围。结果，这些问题严重制约了电解磨铣加工技术的进一步发展和推广。

发明内容

[0006] 本发明在于，针对上述问题，提出一种制作成本低、拆卸安装方便的组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法，扩展该技术的应用范围。

[0007] 一种可拆卸组合式工具阴极，其特征在于：包括磨头、密封圈和刀杆；所述磨头为设有中心盲孔，下端封闭上端开口的圆筒结构；该磨头下端侧壁外表面和底部端面均电镀有磨粒层，磨粒层在磨头侧壁上的高度与所需的加工深度相等，下端外表面和底部端面还开有若干与中心盲孔相通的出液孔；该磨头中部外侧具有安装法兰，安装法兰的下端面涂覆有绝缘材料；该磨头上端侧壁设有定位外螺纹；所述刀杆为中空的圆柱体结构，刀杆内侧从下向上依次设置有止口槽、螺纹孔和通孔；所述密封圈位于刀杆的止口槽中，所述磨头通过外螺纹安装于所述刀杆的螺纹孔中。

[0008] 所述的可拆卸组合式工具阴极，其特征在于：所述刀杆的通孔的直径与所述磨头的中心盲孔的直径相等;所述磨头在安装法兰的上端面以上的高度与所述刀杆的止口槽深度和螺纹孔深度之和相等。

[0009] 所述的可拆卸组合式工具阴极，其特征在于：所述刀杆的组成材料为不锈钢，所述磨头的基体材料为普通钢铁。

[0010] 所述的可拆卸组合式工具阴极的电解磨铣加工方法，其特征在于包括以下过程：刀杆沿轴向垂直装夹在机床主轴头上并接工作电源负极，将密封圈放置于磨头的安装法兰端面上，通过转动工具夹持该安装法兰以驱动磨头旋转进入刀杆直至夹紧；将工件装夹在机床工作台上并接工作电源正极，通过机床的运动控制系统完成对刀、定位；加工时，工具阴极随主轴高速旋转，电解液从磨头的出液孔中同时喷射，工具阴极先沿Z轴负向加工到所需深度，然后工具阴极Z方向不动，工件开始沿XY平面内以一定路径进给，即可加工出所需结构；

[0011] 当加工需要换刀时，先通过机床的运动控制系统退刀，再使用转动工具拆卸旧的磨头并安装新的磨头，然后对刀、定位，可继续开始加。

[0012] 本发明具有以下优点：

[0013] 1、本发明提供的可拆卸组合式工具阴极具有分体式结构，刀杆和磨头可分开加工，由于刀杆为中空的圆柱体结构，只有磨头上需要加工盲孔，因此与常规的一体式工具阴极相比，所需加工盲孔的深径比明显减小，同时，当旧的磨头用废后，只需更换新的磨头即可，由于刀杆采用了耐腐蚀的不锈钢材料，因此刀杆可重复使用，这些特点均显著降低了工具阴极的制造成本。

[0014] 2、本发明通过对磨头的六角形法兰下端面进行绝缘处理，有效改善了该表面对工件非加工表面的杂散腐蚀作用，使得电解磨铣加工具有更好的定域性。

[0015] 3、本发明通过在刀杆的止口槽内嵌入密封圈，使安装后的组合式工具阴极具有更好的密封性，在加工过程中可有效防止电解液渗漏。

[0016] 4、本发明提供的可拆卸组合式工具阴极在侧壁和底面均设有若干出液孔，因此可先从工件上表面任意处开始“钻削式”加工至一定深度，再进行“铣削式”加工出平面、薄壁和沟槽等结构，打破了仅能从工件侧壁处开始加工的局限性，扩展了电解磨铣技术的加工方法，有利于该技术的进一步推广和应用。

附图说明

[0017] 图1可拆卸组合式工具阴极的结构装配示意图；

[0018] 图2磨头基体的示意图；

[0019] 图3 刀杆的示意图；

[0020] 图4 利用图1中组合式工具阴极在工件表面进行“钻削式”加工示意图；

[0021] 图5 利用图1中组合式工具阴极在工件内部进行“铣削式”加工示意图；

[0022] 图中标号名称为：1、磨头，2、密封圈，3刀杆，4、出液孔，5、绝缘层，6、磨粒层，7、六角形法兰，8、定位外螺纹，9、中心盲孔，10、止口槽，11、螺纹孔，12、通孔，13、工件，14、工作电源，15、电解液供给方向，16、工具阴极旋转方向，17、工具阴极进给方向，18、工件进给方向。

具体实施方式

[0023] 下面结合具体附图对本发明做进一步的详细说明。

[0024] 如图1 3所示，一种可拆卸组合式工具阴极，包括磨头1、密封圈2和刀杆3。所述磨~头为带有六角形法兰7的圆筒形结构，所述磨头1的下端侧壁和底面均开有与其中心盲孔9相通的出液孔4，并电镀有磨粒层6，所述磨头1的上端侧壁开有定位外螺纹8，所述磨头1的六角形法兰7的下端面涂覆有绝缘层5，所述刀杆3为中空的圆柱体结构，内部依次开有止口槽10、螺纹孔11、通孔12，所述刀杆3的材料为抗电解液腐蚀的不锈钢材料，所述磨头1和所述刀杆3的安装与拆卸是通过螺纹连接进行的，所述密封圈2在安装后嵌入所述刀杆3的止口槽10内。

[0025] 如图4 5所示，采用所述的组合式工具阴极进行电解磨铣加工，其方法主要包括以~下步骤：

[0026] 步骤1、将刀杆3沿轴向垂直装夹在机床主轴头上，密封圈2放置于磨头1的六角形法兰7端面上，通过转动工具夹持六角形法兰7旋转，以驱动磨头1进入刀柄3直至夹紧，密封圈2被嵌入刀柄3的止口槽10内；

[0027] 步骤2、将组合式工具阴极接工作电源14的负极，工件13接工作电源14的正极，通过机床的运动控制系统完成对刀、定位，使磨头1的底部端面与工件13上表面待加工处之间的初始间隙为0.3mm；

[0028] 步骤3、加工时，该组合式工具阴极沿方向16高速旋转，电解液沿方向15从刀柄3的通孔12进入，从磨头1的出液孔4喷出，工具阴极先沿方向17从工件13上表面开始加工，直至达到设定的加工深度，然后工件13沿方向18进给，直至加工出所需的沟槽停止；

[0029] 步骤4、退刀，通过转动工具夹持六角形法兰7拆卸用废的磨头1，更换新的磨头1，继续从步骤1开始，直至完成所需加工要求。

[0030] 本发明能有效降低电解磨铣加工的刀具制作成本及拓展该技术的应用范围，但是以上描述并不能理解为对本发明专利的限制。应该说明的是，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改善，这些均应落入本发明专利的保护。