高硬度材料内花键展成电解去除大余量的方法及加工装置

本发明涉及内花键大余量去除工艺技术，尤其是涉及一种高硬度材料内花键展成电解去除大余量的方法及加工装置。

背景技术：

内花键具有传递扭矩大、对中性好、传动效率高和联接强度高等特点,广泛的应用在航空航天、汽车、船舶及重型机械及其他装备制造业的传动系统中。随着加工制造技术的迅速发展，航空发动机传动系统及直升机传动系统对于关键齿轮的硬度、韧性和耐磨性的要求不断提高，高硬度难加功能材料运用越来越广泛,对高硬度材料内花键加工方法的研究与应用正逐渐得到越来越重要的关注。

由于当前对于高硬度材料(例如第三代齿轮钢硬度高达hrc48～52)以及结构特殊(例如内孔不通)的内花键前只能采用磨削或者插齿完成内花键加工。磨花键加工效率低，成本高，且常常受限于结构无法磨削加工。而采用插齿加工时，由于材料硬度高，插齿刀往往极易磨损，刀具寿命短，容易出现“崩刃”现象，较难保证花键精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对高硬度材料内花键的传统磨削/插削方法加工效率低、刀具磨损严重、加工成本高、精度保持性差等技术问题，提供一种高硬度材料内花键展成电解去除大余量的工艺方法。

本发明的另一目的在于提供可实现高硬度、特殊结构内花键的大余量粗加工，为后续精加工、保证内花键精度做准备，促进内花键的精密、高效和低成本加工的一种高硬度材料内花键展成电解加工装置。

所述高硬度材料内花键展成电解去除大余量的工艺方法，包括以下步骤：

1)采用高频、超短脉冲电源，通过阴极刀具对阳极工件的相互展成运动进行电解加工，实现内花键工件的大余量粗加工；

2)阴极刀具与阳极工件之间保持一定的加工间隙，加工间隙的大小为电解间隙与精加工余量之和，以电解加工到所要求的内花键深度；

3)控制系统控制阴极刀具与阳极工件的位置以及运动轨迹，实现加工间隙的在线监测与自适应控制，保证加工精度。

所述高硬度材料内花键展成电解加工装置包括机械运动机构、控制系统、脉冲电源、电解液供给系统；

所述机械运动机构用于实现直线运动进给和快速响应，并实现精确的旋转速度与旋转角度；所述机械运动机构包括机架底座、c2轴旋转机构、绝缘底座、电滑环、导电铜块、工装下盖、工装上盖、阴极刀具、电液滑环、c1轴旋转机构、z轴方向伺服机构、机床立柱、y轴方向伺服机构、y轴方向导轨；所述绝缘底座和c2轴旋转机构安装在机架底座上，由机架底座支撑的机床立柱上安装有z轴方向伺服机构，c1轴旋转机构安装在z轴方向伺服机构上；y轴方向伺服机构控制机场立柱沿着y轴方向导轨进行y轴方向运动；待加工工件通过压板和螺杆安装固定在工装下盖内，工装上盖与工装下盖通过螺栓进行连接；工装下盖和绝缘底座固定连接；阴极刀具与阳极代加工工件分别装夹在c1轴旋转机构和c2轴旋转机构上；阴极刀具的刀柄内部有中空管道，电解液供给系统通过阴极刀具外部的电解液入口和刀柄内部中空管道将电解液输入供给工装下盖内，使加工区域充满电解液；

所述控制系统用于控制装置部件进行直线进给运动、阴极刀具或者工件的旋转速度以及旋转角度、电压/电流监测，控制系统包括计算机设备、控制程序、电机驱动器以及电源等。

所述脉冲电源的正极通过电滑环与导电铜块相连，使与导电铜块接触的待加工工件带正电；所述脉冲电源的负极通过电液滑环与阴极刀具相连，使安装在电液滑环上的阴极刀具带负电；

所述电解液供给系统用于电解液的存储、输入、回收和控制等。

所述脉冲电源采用高频、超短脉冲电源，脉冲电源用于电源频率、脉宽等参数的选择、输出、显示、控制等。

所述绝缘底座可采用大理石绝缘底座。

所述工装下盖和绝缘底座可通过绝缘螺钉进行固定连接；

所述电解液供给系统的电解液实行浸入式加工，能够保证加工区域充满电解液；电解液以nacl、nano3、na2so4等溶液按照一定比例混合组成。

与现有技术相比，本发明具有以下突出的技术优点：

本发明解决了高硬度难加工材料花键加工技术难题，采用高频、超短脉冲电源使阴极刀具带负电，阳极工件带正电，通过数控系统控制阴极刀具对阳极工件进行相互展成运动，从而实现高硬度材料内花键的展成电解大余量去除。阴极刀具和阳极工件的相互展成运动实现内花键的加工，可以让一把阴极刀具适用于模数一致的一系列内花键工件加工，减少成型阴极刀具的使用，降低加工成本。采用高频、窄脉冲电源，可以改善电解加工流场的理、化特性，减小加工的放电间隙，强化阳极溶解集中蚀除能力的强化、减弱散蚀能力，从而提高电解加工的精度。本发明能够实现高硬度材料、特殊结构内花键的大余量粗加工，为后续插齿精加工、保证内花键精度做准备，为第三代齿轮钢等先进材料的制造工艺技术提供支撑，促进内花键的精密、高效和低成本加工，对提高国内航空航天驱动系统等领域关键部件内花键的加工精度和效率具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例的内花键展成电解加工装置示意图。

图2为电解阳极工件与阴极工具运动简图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1，本发明实施例由机架底座1、c2轴旋转机构2、大理石绝缘底座3、电滑环4、导电铜块5、工装下盖6、待加工工件(内花键毛坯)7、工装上盖8、阴极刀具9、电液滑环10、c1轴旋转机构11、z轴方向伺服机构12、数控系统13、机床立柱14、y轴方向伺服机构15、y轴方向导轨16、脉冲电源17、脉冲电源负极18、电解液入口19、电解液供给系统20、电解液出口21、脉冲电源正极22构成。

由机架底座1支撑的机床立柱14上安装有z轴方向伺服机构12，c1轴旋转机构11安装在z轴方向伺服机构12上。y轴方向伺服机构15控制机床立柱14沿着y轴方向导轨16进行y轴方向直线运动。阴极刀具9与待加工工件(内花键毛坯)7分别装夹在c1轴旋转机构11和c2轴旋转机构2上。脉冲电源正极22通过电滑环4与导电铜块5相连，使与其接触的待加工工件带正电；脉冲电源负极通过电液滑环10与阴极刀具9相连，使安装在其上的待加工工件(内花键毛坯)7带负电。

阴极刀具9安装在c1轴旋转机构11上，通过c1轴旋转机构11、z轴方向伺服机构12可以沿z轴和c轴做直线运动和旋转运动。待加工工件(内花键毛坯)7通过压板和螺杆组成的夹具安装固定在工装下盖6内，工装下盖6和大理石绝缘底座3通过绝缘螺钉进行固定连接，大理石绝缘底座3和c2轴旋转机构2安装在机架底座1上，通过c2轴旋转机构2，待加工工件(内花键毛坯)7可以绕c2轴作旋转运动。阴极刀具9的刀柄内部有中空管道，电解液供给系统20通过阴极刀具9外部的电解液入口19和刀柄内部中空管道，将电解液输入供给至工装下盖6内，使加工区域充满电解液。电解液出口21安装在工装下盖6外壁，用于加工后的电解液流出。图1所示的电解液入口19处箭头方向代表电解液流入方向，电解液出口21处箭头方向代表电解液流出方向。

电解加工前要先保证阴极刀具9轴线与待加工工件(内花键毛坯)7轴线重合，通过数控系统13控制阴极刀具9沿z轴方向运动到内花键的齿长深度，然后相对待加工工件(内花键毛坯)7沿径向运动到加工要求花键深度后，阴极刀具9与与待加工工件(内花键毛坯)7间作展成运动直至所有花键齿面加工完成。

在展成电解加工过程中，通过数控系统13进行电流/电压的在线监测，实时反馈、调整阴极刀具9表面与待加工工件(内花键毛坯)7之间表面的间隙，保持一定的电解加工间隙23。如图2电解阳极工件与阴极工具运动简图所示，电解加工间隙23的大小为电解间隙与精加工余量之和，以电解加工到所要求的内花键深度，为后续插齿精加工保证内花键精度做准备，促进内花键的精密、高效和低成本加工。