专利名称：高频群脉冲微小型电化学加工机床的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种能够进行电化学加工制造的设备，尤其能实现微小型零件(尺度在0.2～5mm)的高精度加工制造机床。
背景技术：
用于电化学加工的机床主要有以下形式即应用直流和脉冲电流进行电化学加工的立式、卧式和固定阴极式机床。目前形式的机床大部分是用于大中型零件的加工制造，可实现的加工表面粗糙度最高为Ra＝0.4μm，尺寸重复精度为0.02mm。电化学加工技术的进步直接取决于设备的进展，从60年代的直流电化学加工机床到今天得到成功应用的脉冲电化学加工机床，不管从设备的结构紧凑性、可靠性，还是自动化程度上都得到了很大的提高，使针对金属构件，抑或难加工材料构件的这种特种加工技术——电化学加工技术——获得了广泛的应用。近年来，微小型金属构件的加工技术成为工业应用中(尤其是箭弹引信机电系统)亟待解决的问题，而传统的加工制造技术已难于满足微小型零件加工性能(无毛刺、飞边等)的要求，因此需开发新的加工制造技术及其相应的设备。另外，电化学加工技术完全实现了对各种金属零件的无毛刺、飞边等的加工制造，于是在微小型零件制造领域引入电化学加工技术成为可能。然而，由于微小型零件对加工精度和表面粗糙度的要求，一般的直流电化学加工和脉冲电化学加工不易满足加工要求，所以为了能进一步提高电化学加工精度，把电化学加工技术应用到微小型制造领域，需要考虑新的脉冲电流形式电化学制造方法，于是，提出了高频群脉冲微小型电化学加工技术，并且研制了相应的设备——高频群脉冲微小型电化学加工机床。
发明内容
针对精密、小巧、复杂型面微小型零件的加工制造精度要求，本高频群脉冲微小型电化学加工机床采用高频群脉冲电源作为加工主电源，机床主体采用“C”型结构，组成部分主要包括床身、主轴阴极进给装置、阳极工作台、控制装置和电解液装置，实现加工作业的核心是主轴阴极进给装置。主轴阴极进给装置由以下部件组成日本松下公司MSMA系列全数字式交流伺服电机，日本THK公司生产的BNFN系列滚珠丝杠副及SR系列滑动导轨副，北京谐波技术研究所生产的XB2-40-100-I-6/6型谐波减速器和阴极头。控制系统采用由美国Delt-Tau公司生产的PMAC运动控制卡搭建而成。机床技术参数如下工作台(圆盘)尺寸φ315mm；阴极行程(滑枕头)150mm；阴极进给速度最低0.01mm/min，最高30mm/min；阴极安装板到工作台最大距离220mm；阴极安装板尺寸(大端)φ120mm；电解液流量10L/min；电源功率9KW，主脉冲频率1KHz～20KHz，调制脉冲频率100Hz～1000Hz；电解液槽容量1000×600×550＝330L；机床外形尺寸900×900×1252mm3。由于机床具有良好的结构设计以及采用了精密零部件，使之获得了机床阴极主轴的精密进给，可达到最高速度分辨率2μm/min，从而实现了机床高精度加工的进给要求。
另一方面，为了提高加工精度，我们增加了阳极工作台振动装置，这样可以在加工中同时启动阳极振动，改变阴阳极之间的电解液流动情况，使电解蚀除产物快速被电解质带走。同时改变阴阳极间的电解质流场特性分布情况，进一步提高加工精度。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是由高频群脉冲电源、机床主体、电源循环系统和控制系统组成的高频群脉冲微小型电化学加工机床，底座、床身、阴极主轴进给装置、阳极工作台构成“C”型的机床主体。阳极工作台固连于底座上，阴极主轴进给装置与床身相连，阴极头与阴极安装板相连，阴极安装板连接在滑枕的底端。通过以PMAC控制卡为核心搭建的计算机控制系统控制由交流伺服电机(含编码器和驱动器)、谐波减速器、滚珠丝杠副、滑动导轨副、滑枕和阴极头组成的主轴阴极进给系统的各种进给运动；由涡旋高压泵(2MPa)、过滤器、调压阀、溢流阀、压力表和高压软管组成的电解液循环系统通过机床电气控制系统控制流过机床加工阴阳极间电解液的流量和压力；加在机床阴阳极上的脉冲电压频率和幅值由高频群脉冲电源给出；同时控制阳极工作台的微振动情况，达到合适的X、Y向振动频率，提高微小型复杂零件的加工精度，以得到满意的加工效果；并且，还将利用监控电解质的温度、浓度和PH值的变化，适时改变加工参数。整个系统还可以改变为手动状态，手动控制单个加工参数的变化。
本实用新型的有益效果是，采用精密零部件、良好控制系统达到了机床阴极主轴的精密进给，并在配以先进高频群脉冲电源的情况下实现了微小型零件的电化学加工制造。该机床结构合理、性能稳定可靠。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1、2是高频群脉冲微小型电化学加工机床的总体结构图3、4是高频群脉冲微小型电化学加工机床的振动机构图5、6是高频群脉冲微小型电化学加工机床的阴极主轴进给装置图7是高频群脉冲微小型电化学加工机床电解液循环原理图图中1、交流伺服电机；2、谐波减速器；3、弹性联轴器；4、阳极接线柱；5、电解液接头；6、床身；7、底座8、丝杠支撑架；9、阴极头；10、阳极工作台；11、电解液出水口接头；12、工作舱；13、滚珠；14、压电晶体振动元件；15、弹簧；16、导轨；17、滑块；18、阴极接线柱；19、丝杠螺母；20、滚珠丝杠；21、滑枕；22、滑枕支撑套；23、阴极入水口；24、阴极安装板；25、溢流阀；26、泵；27粗过滤器；28电解液体；29、压力表1；30、调压阀；31、精过滤器；32、压力表2；33、机床；34、温度检测传感器；35、浓度检测传感器；36、PH检测传感器。
具体实施方式
实施例一参阅
图1、图2，由底座7、阴极主轴进给装置、阳极工作台10构成的机床主体呈“C”型，阳极工作台10固连于底座24上，阴极主轴进给装置与床身6相连。阴极主轴进给装置主要包括交流伺服电机1、谐波减振器2、弹性连轴器3、丝杠螺母19、滚珠丝杠20、导轨16、滑枕21构成，阴极头9与阴极安装板24相连，阴极安装板24连接在滑枕21的底端。参阅图3、图4，阳极工作台10由压电晶体振动元件14、弹簧15和滚珠13组成，弹簧15通过滚珠13支撑在床身6上，压电晶体振动元件14与阳极工作台10紧密连接。工作时，启动控制计算机，通过运动控制系统程序的交互式界面输入阴极主轴运动参数(即控制指令)，控制指令传送给运动控制卡PMAC经交流伺服电极的驱动器输送给交流伺服电机1，电机把转动扭矩传递给与之相连的减速比为1∶100的谐波减速器2，参阅图5、图6，再经过弹性联轴器3将转动传递给由丝杠螺母19和滚珠丝杠20组成的精密滚珠丝杠副，并在导轨16与滑块17组成的精密滑动导轨副的共同支撑下，带动固定于床身6的滑枕支撑套22上的滑枕21及其下部的阴极头9和阴极安装板24作竖直上下直线运动，由此实现了装卡在阴极安装板24上的工具阴极的精密进给。
在加工过程中，除了启动机床控制系统计算机外，还要启动高频群脉冲电源，并检查电源输出的阴、阳极是否与机床的阴极接线柱18和阳极接线柱4联接良好。根据加工要求，设置好加工参数(如加工电压、主脉冲频率、调制脉冲频率、电解质压力、阴极进给速度、阳极工作台为振幅等)，然后启动阴极主轴运动控制，使阴极主轴系统快速进给。此时电解液系统不启动，电源没有输出。安装在阴极安装板24上的工具阴极快速进给接近装卡在阳极工作台12上的工件，当它们间的间隙约为5mm时，阴极主轴开始慢速进给，通过计算机判断是否与工件接触，若接触则在计算机控制下自动后退50μm作为加工的初始间隙，此时启动电解液系统，接着接通电源，按设置的进给速度使阴极主轴向工件进给。于是电解液按图4所示的路径以高压、高速的状态通过阴极入水口23进入到工具阴极和工件间的间隙，带走电解反应蚀除产物，流入工作舱12，最终通过电解液出水口接头11返回电解液箱。从而对工件进行电化学加工。工件加工完成后，通过计算机输出指令停止阴极主轴进给并较快速后退，同时切断电源和阳极工作台振动，在返回到原来的约5mm间隙后，关断电解液系统，此后阴极主轴快速返回到初始位置，加工过程完毕。
若加工过程中因某种原因发生短路，则由控制系统顺次快速切断电源、阴极主轴进给系统、阳极工作台振动装置和电解液系统，实现机床及整个设备系统的有效保护。
实施例二参阅图3、图4，对于阳极工作台的微振动(振动频率在数百到数千赫兹，振幅≤5μm)，启动压电晶体振动元件14的激振电源，使之发生微振动。阳极工作台10通过带弹簧15的螺栓并以滚珠13支撑在床身6上。压电晶体元件14与阳极工作台10紧密联接，于是，具有一定功率的压电晶体振动元件的微振动便带动阳极工作台微振动。
权利要求1.一台高频群脉冲微小型电化学加工机床，包括高频群脉冲电源，机床主体，机床控制系统和电解液循环系统，其特征在于由底座(7)、阴极主轴进给装置、阳极工作台(10)构成的机床主体呈“C”型，阳极工作台(10)固连于底座(24)上，阴极主轴进给装置与床身(6)相连；阴极主轴进给装置主要包括交流伺服电机(1)、谐波减振器(2)、弹性连轴器(3)、丝杠螺母(19)、滚珠丝杠(20)、导轨(16)、滑枕(21)构成，阴极头(9)与阴极安装板(24)相连，阴极安装板(24)连接在滑枕(21)底端；阳极工作台(10)由压电晶体振动元件(14)、弹簧(15)和滚珠(13)组成，弹簧(15)通过滚珠(13)支撑在床身(6)上，压电晶体振动元件(14)与阳极工作台(10)紧密连接；工作时通过控制指令交流伺服电机(1)把转动扭矩传递给谐波减速器(2)，再经过弹性联轴器(3)将转动传递给由丝杠螺母(19)和滚珠丝杠(20)组成的精密滚珠丝杠副，并在导轨(16)与滑块(17)组成的精密滑动导轨副的共同支撑下，带动固定于床身(6)的滑枕支撑套(22)上的滑枕(21)及其下部的阴极头(9)和阴极安装板(24)作竖直上下直线运动，由此实现了装卡在阴极安装板(24)上的工具阴极的精密进给。
2.根据权利要求1所述的高频群脉冲微小型电化学加工机床，其特征在于阳极工作台(10)由压电晶体振动元件(14)、弹簧(15)和滚珠(13)组成，弹簧(15)通过滚珠(13)支撑在床身(6)底座上，压电晶体振动元件(14)与阳极工作台(10)紧密连接。
3.根据权利要求1所述的电解液循环系统，其特征在于泵(26)启动后，电解液(28)可经过粗过滤器(27)通过泵(26)；也可以通过溢流阀(25)流回电解液槽；或者经过调压阀(30)、精过滤器(31)；最终通过(32)压力表二看到经过调整后进入机床(33)加工的电解液压力。
专利摘要一台高频群脉冲微小型电化学加工机床。它是根据微小型零件的加工制造特点，配以高频群脉冲电源而开发的，用于精密微小型金属结构件制造使用的精密机床。由底座、阴极主轴进给装置、阳极工作台构成的机床主体呈“C”型。机床主体的阴极主轴进给系统的精密进给通过采用伺服电机、滚珠丝杠副、滑动导轨等精密零部件和用性能良好的运动控制卡搭建的控制系统来共同实现。同时，采用压电晶体微振动获得了阳极工作台的微振动(振动频率在数百到数千赫兹，振幅≤5μm)。工作时，通过控制指令交流伺服电机把转动扭矩传递给阴极头和阴极安装板作竖直上下直线运动，由此实现了装卡在阴极安装板上的工具阴极的精密进给，实现了微小型零件的加工制造，从而进一步改善了高频群脉冲微小型电化学加工机床的加工效果。该机床结构合理，性能稳定可靠。
文档编号B23H7/30GK2885476SQ20052013355
公开日2007年4月4日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年12月2日
发明者张之敬, 张卫民, 唐兴伦, 王西彬, 张利波, 王建平 申请人:北京理工大学