球头复合阴极在线修整装置及其使用方法

权利要求

1.球头复合阴极在线修整装置，其特征在于：包括U形导电磨刀块(1)、复合阴极(3)和脉冲电源(2)，所述脉冲电源(2)的负极与复合阴极(3)的上端相连，正极与U形导电磨刀块(1)相连，复合阴极(3)的下端为球头(3-1)，所述U形导电磨刀块上设置有凹槽，所述凹槽包括第一凹陷部(1-1)和第三凹陷部(1-3)，所述第一凹陷部(1-1)的半径小于球头(3-1)的半径，所述第三凹陷部(1-3)的半径大于或等于球头(3-1)的半径，第一凹陷部(1-1)和第三凹陷部(1-3)通过第二凹陷部(1-2)平滑过渡形成U形槽；所述U形导电磨刀块(1)安装于机床工作台(5)上，与机床Y轴平行的方向为U形导电磨刀块(1)的Y方向，与机床X轴平行的方向为U形导电磨刀块(1)的X方向。

2.根据权利要求1所述的球头复合阴极在线修整装置，其特征在于：所述第三凹陷部(1-3)的半径等于球头(3-1)的半径。

3.根据权利要求1所述的球头复合阴极在线修整装置，其特征在于：U形导电磨刀块(1)在Y方向延伸，左右对称。

4.根据权利要求1所述的球头复合阴极在线修整装置，其特征在于：所述U形导电磨刀块(1)由整块导电材料经过慢走丝线切割加工制成。

5.根据权利要求1所述的球头复合阴极在线修整装置，其特征在于：所述第一凹陷部(1-1)的半径小于复合阴极(3)的球头半径1-2mm。

6.权利要求1至5中任意一项所述球头复合阴极在线修整装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：对刀；把复合阴极的球头的最低部移动至U形导电磨刀块的U形槽的中心点，即左右对称点，使复合阴极的球头最低点与U形槽的中心点重合；

步骤2：磨刀；复合阴极向左或向右移动，同时在复合阴极与U形导电磨刀块之间喷入工作液，转动复合阴极，观察复合阴极与U形导电磨刀块的接触部位是否产生电火花，在复合阴极的向左或向右移动与复合阴极的旋转运动的联合作用下，修整加工出高精度球头，产生电火花后，向左或向右的移动量即是球头复合阴极的修整量，该修整量在数控编程时对球头半径进行偏置补偿，确保数控电解机械复合加工的精度；

步骤3：磨刀位置的选择；电火花成形加工时，随着球头复合阴极被修整，U形导电磨刀块的相应部位也被加工损耗，从而失去修整精度，这时，通过使复合阴极在Y方向移动选择新的磨刀位置。

说明书

球头复合阴极在线修整装置及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于非传统加工领域的数控电解机械复合加工用复合阴极在线修整装置及方法，主要用于数控电解机械复合加工中复合阴极的在线精密修整。

背景技术

[0002] 目前机械制造所使用的加工可分为传统机械加工和非传统加工。

[0003] 传统机械加工是靠刀具材料比工件材料硬，利用机械能把工件上多余的材料切除，一般情况下是可行的。但是，当工件材料愈来愈硬、加工表面愈来愈复杂的情况下，传统机械加工则会限制生产率和影响加工质量，有时甚至无法加工；如果工件的壁厚愈来愈小(壁厚小于0.5毫米)，由于传统的机械加工存在机械力的作用，很容易损坏被加工工件，难以完成加工任务。

[0004] 非传统加工即特种加工，实现用软的工具加工硬的工件，主要是采用电、化学、光、声和热等能量来进行加工，而且加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。在特种加工方法中，电火花加工精度高，但加工效率低；电解加工的效率高，但加工精度差。数控电解机械复合加工技术集成了数控的柔性、电解加工效率高和机械磨削(或研磨)精度高的优势，采用旋转的具有内喷和外喷功能的复合阴极作为工具。在加工过程中，复合阴极接直流脉冲电源的负极，工件接直流脉冲电源的正极，在复合阴极与工件之间喷入电解液，复合阴极相对工件作数控展成运动，基于电解—机械磨削(或研磨)复合加工的原理可以加工出复杂的零件。通过更换不同的复合阴极，可以进行数控电解切割、镗铣削、磨削和电化学复合抛光加工。在该机床上可以实现对同一个工件进行粗加工、精加工和抛光加工，消除了零件由于重复安装所造成的安装误差。该技术具有如下特点：(1)用简单形状的复合阴极通过数控编程就可加工复杂的零件；(2)可加工窄缝、窄槽、薄壁和低刚度零件；(3)可加工各种高硬度、高韧性和高耐磨性金属难加工材料；(4)比机械磨削有更高的加工效率，比电解加工有更高的加工精度；(5)电化学阳极溶解是以金属离子尺度去除材料的，特别适用于金属表面的自动化抛光。

[0005] 在这种加工过程中，用球头复合阴极可以加工任何复杂形状的工件，但是，球头的球面精度将直接影响加工精度。

[0006] 数控电解机械复合加工是一种轻接触加工，球头复合阴极的球面精度决定了加工的精度。在加工过程中球头复合阴极的球面因磨损而失圆，因此，为了推广数控电解机械复合加工机床的应用，必须解决复合阴极的在线精密修整问题。

发明内容

[0007] 针对现有技术中球头复合阴极存在的上述问题，本发明提供一种球头复合阴极在线修整装置及方法。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 本发明提供一种球头复合阴极在线修整装置，包括U形导电磨刀块、复合阴极和脉冲电源，所述脉冲电源的阴极与复合阴极的上端相连，阳极与U形导电磨刀块相连，复合阴极的下端为球头，所述U形导电磨刀块上设置有凹槽，所述凹槽包括第一凹陷部和第三凹陷部，所述第一凹陷部的半径小于球头的半径，所述第三凹陷部的半径大于或等于球头的半径，第一凹陷部和第三凹陷部通过第二凹陷部平滑过渡形成U形槽。

[0010] 作为本发明的进一步改进，所述第三凹陷部的半径等于球头的半径。

[0011] 作为本发明的进一步改进，所述U形导电磨刀块安装于机床工作台上，与机床Y轴平行的方向为U形导电磨刀块的Y方向，与机床X轴平行的方向为U形导电磨刀块的X方向。

[0012] 作为本发明的进一步改进，U形导电磨刀块在Y方向延伸，左右对称。

[0013] 作为本发明的进一步改进，所述U形导电磨刀块由整块导电材料经过慢走丝线切割加工制成。

[0014] 作为本发明的进一步改进，所述第一凹陷部的半径小于复合阴极的球头半径1-2mm。

[0015] 本发明还提供一种球头复合阴极在线修整装置的使用方法，包括以下步骤：

[0016] 步骤1：对刀；把复合阴极的球头的最低部移动至U形导电磨刀块的U形槽的中心点，即左右对称点，使复合阴极的球头最低点与U形槽的中心点重合；

[0017] 步骤2：磨刀；复合阴极向左或向右移动，同时在复合阴极与U形导电磨刀块之间喷入工作液，转动复合阴极，观察复合阴极与U形导电磨刀块的接触部位是否产生电火花，在复合阴极的向左或向右移动与复合阴极的旋转运动的联合作用下，修整加工出高精度球头，产生电火花后，向左或向右的移动量即是球头复合阴极的修整量，该修整量在数控编程时对球头半径进行偏置补偿，确保数控电解机械复合加工的精度；

[0018] 步骤3：磨刀位置的选择；电火花成形加工时，随着球头复合阴极被修整，U形导电磨刀块的相应部位也被加工损耗，从而失去修整精度，这时，通过使复合阴极在Y方向移动选择新的磨刀位置。

[0019] 本发明的有益效果如下：

[0020] 球头复合阴极一般采用烧结金刚砂工艺制造，其修整十分困难。本发明利用数控电解机械复合加工机床的精密数控位移，根据电火花成形加工的原理设计了U形导电磨刀装置。在复合阴极在线精密修整时，一旦解决球头复合阴极的在线精密修整问题，就能有效预测球头复合阴极的球头磨损量，从而提高数控电解机械复合加工的精度。

附图说明

[0021] 图1是本发明球头复合阴极在线修整装置的结构示意图。

[0022] 图中：1、U形导电磨刀块；1-1、第一凹陷部；1-2、第二凹陷部；1-3、第三凹陷部；2、脉冲电源；3、复合阴极；3-1、球头；4、工作液；5、机床工作台。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0024] 为了解决球头复合阴极的在线精密修整问题，本发明提供一种球头复合阴极在线修整装置，其结构如图1所示。以下为本发明的优选实施方式。

[0025] 本实施例中，U形导电磨刀块1优选由整块导电材料经过慢走丝线切割加工制成。U形导电磨刀块的第一凹陷部1-1、第二凹陷部1-2和第三凹陷部1-3是精密加工部位，形状和尺寸精度在0.002mm以内，第三凹陷部1-3的半径与复合阴极的球头半径相同，第一凹陷部1-1的半径小于复合阴极的球头半径1mm，使U形槽做成锥形。U形导电磨刀块1安装在机床工作台5上，使U形导电磨刀块1的Y方向与机床的Y轴平行，使U形导电磨刀块1的X方向与机床的X轴平行。在球头复合阴极在线修整时，复合阴极3接脉冲电源2的负极，U形导电磨刀块1接脉冲电源2的正极。

[0026] 本发明球头复合阴极在线修整装置的使用方法如下：

[0027] (1)对刀。把复合阴极3的球头最低部移动至U形导电磨刀块1的第二凹陷部1-2部位(U形槽的中心点)，使复合阴极3的球头最低点与U形槽的中心点重合。

[0028] (2)磨刀。复合阴极3在X轴方向向左移动，同时在复合阴极3与U形导电磨刀块1之间喷入工作液4，转动复合阴极3，观察U形导电磨刀块的第一凹陷部1-1部位是否产生电火花，复合阴极3在X轴方向向左移动与复合阴极3的旋转运动的联合作用，就能电火花修整加工出高精度球头，产生电火花后在X轴方向向左的移动量就是球头复合阴极的修整量，这个修整量在数控编程时要对球头半径进行偏置补偿，确保数控电解机械复合加工的精度。

[0029] (3)磨刀位置的选择。电火花成形加工时，随着球头复合阴极被修整，U形导电磨刀块的第一凹陷部1-1部位也将被加工损耗，从而失去修整精度。这时，只要让复合阴极3在Y方向向前移动一下，就可以选择新的磨刀位置，确保U形导电磨刀块全新的第一凹陷部1-1部位投入电火花成形修整。

[0030] 以下实施例以一台五轴联动数控高速雕铣机床为基础，研制了一台五轴联动数控电解加工样机，该装备实现了球头复合阴极的在线精密修整。

[0031] U形导电磨刀块1由整块导电材料-紫铜采用慢走丝线切割加工制成。U形导电磨刀块的第一凹陷部1-1、第二凹陷部1-2和第三凹陷部1-3部分是精密加工部位，形状和尺寸精度在0.002mm以内。U形导电磨刀块安装在五轴联动数控高速雕铣机床的工作台上，U形导电磨刀块的Y轴与机床的Y轴平行，U形导电磨刀块的X轴与机床的X轴平行,U形导电磨刀块用机床压板压紧，并连接脉冲电源的正极。球头复合阴极安装在机床的刀柄上，球头直径为Φ8.04mm，修整加工参数见下表。

[0032]

[0033] 在修整加工前，应确保金刚石复合阴极的球头最低点与U形导电磨刀块的中心重合，加工中主轴转速为1500r/min，进给速度0.001mm/min。在第一个加工位置，千分表测得金刚石复合阴极的圆跳动减少到0.140mm；在第二个加工位置，测得其圆跳动减小到0.080mm；在第三个加工位置，其圆跳动减小到0.002mm；在第四个加工位置，金刚石复合阴极的圆跳动为0.002mm，加工完成后测得复合阴极的磨损量为0.440mm，修整后的金刚石复合阴极的直径为Φ7.600mm，圆跳动为0.002mm。

[0034] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。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，均应包含在本发明的保护范围之内。