基于埋砂式毛细管金刚石刀具的电铸设备的制作方法

本发明涉及电铸机床领域，具体是一种基于埋砂式毛细管金刚石刀具的电铸设备。

背景技术：

金刚石刀具的制造主要有钎焊、热压和电铸成型。钎焊和热压对金刚石刀具有热损伤，会减弱金刚石磨粒的切削性能。电铸成型金刚石刀具工艺制造温度低，热损伤小，工艺简单，设备投资小等优点使得电铸工艺成为金刚石刀具制备的优良选择之一。

虽然对于电铸金刚石刀具工艺的研究已有几十年，但是金刚石刀具仍存在结合强度低、刀具易磨损等实际关键问题。目前，国内外相关研究人员通过调整电流密度、工件转速等工艺参数，改善金刚石刀具胎体材料性能。也有选择多元合金共沉积作为胎体材料，提高刀具的硬度等力学性能。

然而大多研究选择的钻头刀具直径较大，从工艺流程出发改善性能，鲜少有从工件运动状态出发，且大部分选择金刚石运动方式为悬浮式与共沉积式。对于传统电铸金刚石刀具而言，存在以下问题：

1.如今多采用工件自转方式进行电铸，但长时间下容易出现积瘤，这对于高精度要求的毛细管金刚石刀具而言增加了制备困难。

2.对毛细管金刚石刀具研究较少，大多选择刀具直径6mm以上，且均一般选择共沉积或者悬浮方式埋入金刚石颗粒。

3.优化工艺参数是较多研究的主要内容，但很少有从工件运转方式角度进行改进工件性能。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于埋砂式毛细管金刚石刀具的电铸设备，能够有效实现埋砂操作，使得工件公转-自转联合运动，且通过改变运动方式能改善刀具质量。

本发明包括机架、用于传递扭矩的轴系机构、轮系机构以及用于固定工件与埋砂的夹具机构；所述轴机构、行星轮机构与夹具支架均设置在电解槽机架内，且所述轴机构通过轴承支撑杆、联轴器与电解槽下盖板、电机连接，轮系机构通过轴承、旋转盖板与轴机构相配合，内部齿轮间互相啮合，夹具机构设置于轮系机构下方。

所述机架包括立柱、底座、上盖板、电解槽、电机和调速器，所述底座和上盖板通过立柱连接组成机架外框体，电解槽设置于底板中央，电机与调速器与上盖板连接，且电机的轴设置于盖板对称中心处，是运动状态的起始点。

所述轴系机构位于机架外框体内，包括主动轴、从动轴、轴承固定板、上旋转板和下旋转板，所述主动轴轴身呈台阶状，通过轴承固定板与两侧立柱固定，主动轴的一端通过联轴器与所述电机的轴相连，与电机的轴近似同步旋转运动，另一端与行星轮机构连接，实现近似同步旋转运动的传递功能；所述从动轴分布在主动轴两侧沿主动轴对称分布，主动轴轴身连接有上旋转板和下旋转板，从动轴轴身呈台阶状通过上旋转板和下旋转板固定；所述上旋转板与所述下旋转板主要作用为传递公转运动，使得主动轴与从动轴拥有相同的角速度，而夹具机构固定于从动轴，也可获得相同的角速度，实现公转运动。

所述行星轮机构位于机架外框体内，包括太阳轮、行星齿轮、齿轮固定板和内齿轮，所述太阳轮两侧设有两个行星齿轮，两个行星齿轮与太阳轮中轴线呈对称啮合，每个行星齿轮通过销键配合方式连接一根从动轴，太阳轮通过键配合方式与轴机构中的主动轴相连接，跟随主动轴同轴旋转，行星齿轮通过齿轮啮合跟随太阳轮转动，从而带动从动轴转动；所述齿轮固定板与两侧支柱固定，齿轮固定板中央开有内齿轮，内齿轮与两个行星齿轮啮合。

所述夹具机构有两套，设置于所述轮系机构下方，分别包括工件装夹套、工件、过滤框与调节机构；所述工件装夹套上下两端分别与从动轴和工件相连，实现运动状态传递和工件固定；所述过滤框内部放置金刚石砂，上端部为台阶状，通过调节机构与工件装夹套连接悬挂至所述工件下方。所述工件装夹套中间通孔上部直径稍大，下部直径稍大于工件直径；所述调节机构包括螺母、下调节板和调节螺杆，所述下调节板两侧设有通孔，通过所述调节螺杆与螺母，与所述下调节板和所述工件装夹套连接；可通过调节所述螺母，升降所述下调节板，实现不同埋砂高度。夹具机构可实现工件边旋转运动，边埋砂的状态，可解决过滤框内电解液过少导致无法有效包裹金刚石的问题。通过过滤框的旋转运动，可将电解液冲进金刚石之间的缝隙。

进一步改进，所述的电解槽包括外框以及设置在外框内部的阳极框、阳极垫板和轴承支撑杆；所述外框为一定厚度的立体矩形盒状结构；所述阳极框放置于电解槽中间，阳极垫板设置于槽底部，阳极垫板上部放置阳极板；所述轴承支撑杆一端固定于电解槽底部，另一端通过深沟球轴承与主动轴相配合，从而固定主动轴能平稳旋转运动，减小轴跳动。

进一步改进，所述的主动轴与从动轴上接有碳刷装置，碳刷装置连接有电源，实现轴带电功能。所述的碳刷装置与主动轴与从动轴相接触，当工件运转以及埋砂过程中，能实现持续不断电的电铸运动状态。

进一步改进，所述的阳极框底部设有四个圆形阳极框凸台，电解槽底部设有与阳极框凸台配合的圆形凹坑，从而与所述环形阳极框配合，达到固定阳极效果。

进一步改进，所述的阳极框为间隔性矩形镂空状，旋转角360°，内部放置阳极金属球与导电板，实现电铸中环形阳极的作用。金属球可产生环形均匀电场，工件在电解液中发生公转与自转联合运动，工件与环形阳极间距保持不变，能稳定切割电场线，有利于提高镀层表面质量。

本发明有益效果在于：能够有效实现埋砂操作，使得工件公转-自转联合运动，且通过改变运动方式能改善刀具质量。

附图说明

图1是本装置的主视图；

图2是本装置的左视图；

图3是本装置的俯视图；

图4是本装置的阳极框的主视图；

图5是本装置的阳极框的仰视图；

图6是本装置的主轴配合结构示意图；

图7是本装置的主轴结构图；

图8是本装置的太阳轮的主视图与俯视图；

图9是本装置的从动轴结构配合图；

图10是本装置的夹具配合结构图；

图11是本装置的装夹套主视图和左视图；

图12是本装置的从动轴主视图；

图13是本装置的轮系结构示意图；

图14是本装置的齿轮固定板主视图；

图15是本装置的齿轮固定板俯视图。

1-上盖板；2-立柱；3-电解槽；4-阳极框；5-齿轮固定板；6-联轴器；7-从动轴；8-轴承固定板；9-主动轴；10-工件装夹套；11-下旋转板；12-上旋转板；13-调节机构；14-过滤框；15-轴承支撑杆；16-阳极垫板；17-电机；18-调速器；19-内齿轮；20-太阳轮；21-行星齿轮；22-阳极框凸台；23-深沟球轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明三视图如图1、图2、图3所示，包括机架、用于传递扭矩的轴系机构、轮系机构以及用于固定工件与埋砂的夹具机构；所述轴机构、行星轮机构与夹具支架均设置在电解槽机架内，且所述轴机构通过轴承支撑杆、联轴器与电解槽下盖板、电机连接，轮系机构通过轴承、旋转盖板与轴机构相配合，内部齿轮间互相啮合，夹具机构设置于轮系机构下方。

所述机架包括立柱2、底座、上盖板1、电解槽3、电机17和调速器18，所述底座和上盖板1通过立柱2连接组成机架外框体，电解槽设置于底板中央，电机17与调速器18与上盖板1连接，且电机的轴设置于盖板对称中心处，是运动状态的起始点。

所述轴系机构位于机架外框体内，包括主动轴9、从动轴7、轴承固定板8、上旋转板12和下旋转板11，所述主动轴9轴身呈台阶状，通过轴承固定板8与两侧立柱固定，主动轴的一端通过联轴器6与所述电机17的轴相连，与电机的轴近似同步旋转运动，另一端与行星轮机构连接，实现近似同步旋转运动的传递功能；所述从动轴7分布在主动轴9两侧沿主动轴9对称分布，主动轴轴身连接有上旋转板12和下旋转板11，从动轴7轴身呈台阶状通过上旋转板12和下旋转板11固定；所述上旋转板与所述下旋转板主要作用为传递公转运动，使得主动轴与从动轴拥有相同的角速度，而夹具机构固定于从动轴，也可获得相同的角速度，实现公转运动。

所述行星轮机构位于机架外框体内，包括太阳轮20、行星齿轮21、齿轮固定板和内齿轮19，所述太阳轮20两侧设有两个行星齿轮21，两个行星齿轮21与太阳轮中轴线呈对称啮合，每个行星齿轮21通过销键配合方式连接一根从动轴7，太阳轮20通过键配合方式与轴机构中的主动轴相连接，跟随主动轴同轴旋转，行星齿轮21通过齿轮啮合跟随太阳轮20转动，从而带动从动轴7转动；所述齿轮固定板与两侧支柱固定，齿轮固定板中央开有内齿轮19，内齿轮19与两个行星齿轮21啮合。

所述夹具机构有两套，设置于所述轮系机构下方，分别包括工件装夹套10、工件、过滤框14与调节机构13；所述工件装夹套上下两端分别与从动轴和工件相连，实现运动状态传递和工件固定；所述过滤框内部放置金刚石砂，上端部为台阶状，通过调节机构与工件装夹套连接悬挂至所述工件下方。所述工件装夹套中间通孔上部直径稍大，下部直径稍大于工件直径；所述调节机构包括螺母、下调节板和调节螺杆，所述下调节板两侧设有通孔，通过所述调节螺杆与螺母，与所述下调节板和所述工件装夹套连接；可通过调节所述螺母，升降所述下调节板，实现不同埋砂高度。夹具机构可实现工件边旋转运动，边埋砂的状态，可解决过滤框内电解液过少导致无法有效包裹金刚石的问题。通过过滤框的旋转运动，可将电解液冲进金刚石之间的缝隙。

进一步改进，所述的电解槽包括外框以及设置在外框内部的阳极框4、阳极垫板16和轴承支撑杆15；所述外框为一定厚度的立体矩形盒状结构；所述阳极框放置于电解槽中间，阳极垫板16设置于槽底部，阳极垫板16上部放置阳极板；所述轴承支撑杆一端固定于电解槽底部，另一端通过深沟球轴承23与主动轴9相配合，从而固定主动轴能平稳旋转运动，减小轴跳动。

进一步改进，所述的主动轴与从动轴上接有碳刷装置，碳刷装置连接有电源，实现轴带电功能。所述的碳刷装置与主动轴与从动轴相接触，当工件运转以及埋砂过程中，能实现持续不断电的电铸运动状态。

进一步改进，所述的阳极框4底部设有四个圆形阳极框凸台23，电解槽底部设有与阳极框凸台23配合的圆形凹坑，从而与所述环形阳极框配合，达到固定阳极效果。

进一步改进，所述的阳极框为间隔性矩形镂空状，旋转角360°，内部放置阳极金属球与导电板，实现电铸中环形阳极的作用。金属球可产生环形均匀电场，工件在电解液中发生公转与自转联合运动，工件与环形阳极间距保持不变，能稳定切割电场线，有利于提高镀层表面质量。

对于电铸来说，电场对工件质量影响尤为显著，在材料选择上应当极为谨慎。电解槽、阳极框、上旋转板、下旋转板、联轴器、轴承支撑杆均采用环氧树脂；太阳轮、内齿轮、行星齿轮均采用塑料；主动轴、从动轴、固定螺母均采用不锈钢。

本装置的具体电铸过程可描述如下：首先，将相关电解溶液倒入电解槽内，通过外部温控装置与加热棒，将溶液缓慢加热至所需温度。往阳极框内放置高纯度金属球（例如镍球），将导电板一并放置于其中，电解槽的阳极垫板上放置同状合适尺寸的阳极板。电源分别与导电板、底板上的阳极和碳刷相连。将经过前处理的工件安装固定至装夹套中。第二步，接通电源，通过导线、碳刷，使得阳极导电。工件通过从动轴、装夹套与螺栓获得带电状态，且作为电铸过程的阴极。开通电机，调节调速器，主动轴通过联轴器获得与电机轴一样的自转运动，上下旋转板在主动轴的带动下，获得与其一样的角速度。两侧的行星齿轮在从动轴的带动下，与内齿轮发生啮合，形成围绕主动轴的公转运动，使得毛细管工件发生公转。太阳轮通过键配合，拥有与主动轴一样的旋转运动，同时太阳轮与行星齿轮发生啮合，使得行星齿轮获得自转运动。由此，工件最终产生公转-自转联合运动方式。第三步，实行埋砂操作，过滤框内放置金刚石砂至合适高度。停止旋转工件，将过滤框悬挂至下调节板，通过调节螺杆控制埋砂高度。待埋砂时间结束，取出过滤框，继续旋转工件，进行加厚，加厚一定时间后取出洗净即可。埋砂操作可根据实际工件需求进行多次。至此，整个电铸毛细管金刚石刀具结束。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。