[发明专利]一种电化学机械复合电极钻及其加工装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于钻削超硬金属材料及金属基复合材料的新型电化学机械复合电极钻及其加工装置，属于电化学机械复合电极钻及其加工装置的改造技术。

背景技术：

目前，能在超硬金属材料及金属基复合材料上打孔的方法主要有：激光加工、超声加工、电火花加工、电解加工、磨料射流加工、机械加工，其中机械加工的方法加工超硬的材料，必须采用比工件材料更硬的刀具，这无疑大大提高了加工的成本，且加工过程中刀具的磨损非常严重，特别是在加工金属基复合材料上，就算采用金刚石膜刀具，也无法防止刀具的快速磨损，并且加工后的工件表面存在各种缺陷，难以获得高质量的加工表面，实践证明，机械加工的方法很难满足超硬金属材料及金属基复合材料加工的要求。超声加工及激光加工虽然不存在刀具磨损的问题，且对材料的硬度和成分并不敏感，但是，其加工过程中的热损伤极大；电火花加工虽然热损伤比激光加工小，但是其加工的效率极低，且加工金属基复合材料时，由于其存在不导电的非金属颗粒，又使得电火花加工本来就不高的加工效率大打折扣，并且造成了排屑的困难。电解加工的效率虽然比电火花高5-10倍，但是很少见到电解加工在金属基复合材料加工中的应用，原因是在加工金属基复合材料时会存在导电性不好和较严重的排屑不畅等问题，且其加工的精度难以满足实际的需要。磨料射流加工由于其加工质量的不稳定而大大限制了其的应用。

由上可见，伴随着科学技术和社会的不断发展，现有的加工超硬金属材料及金属基复合材料的手段和加工技术已不能满足工业化的需求。迫切需要发展更为先进的加工技术。特别是现代航空工业，汽车工业，模具制造业中都迫切需要发展一种能在超硬金属材料及金属基复合材料上钻高质量的孔的技术。

发明内容：

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种可以实现在超硬金属材料及金属基复合材料上高效率、低成本钻高质量的孔的电化学机械复合电极钻。

本发明的另一目的在于提供一种设计合理，结构简单，使用方便的使用电化学机械复合电极钻的加工装置。

本发明电化学机械复合电极钻的技术方案是：包括有柄部及刃部，其中刃部包括有突出柄部的若干电极片和磨料片，若干电极片和磨料片彼此相间装设在柄部上。

上述相邻电极片与磨料片之间留有以便电解液的流动以及切屑排出的间隙。

上述电极片的高度做出比磨料片的高度低，其厚度也比磨料片的厚度薄。

上述磨料片与柄部可为绝缘拼接式，磨料片单独做出，再固定在柄部上，且磨料片与柄部的结合处进行绝缘处理，柄部上的工作电流不能流经磨料片。

上述磨料片与柄部也可为非绝缘拼接式，磨料片单独做出，再固定在柄部上，磨料片与柄部的结合处不绝缘，磨料片上做出有突出的与工件绝缘的绝缘磨料。

上述磨料片与柄部还可为整体式，磨料片上做出有突出的与工件绝缘的绝缘磨料。

上述磨料片为单层或多层，并通过负脉冲反电解的方式去除粘附在磨料片上的金属屑；上述柄部的中部做出为以便向加工区域供给电解液的空心结构。

本发明使用上述电化学机械复合电极钻的加工装置，包括能让复合电极钻整体实现平稳可控的高速自旋运动的机械运动机构、控制系统、加工电源、电解液供给系统，其中加工电源的负极和正极分别与复合电极钻的电极片及工件连接，加工电源的内部包含有相应的电源控制系统，电源控制系统与控制系统连接，上述机械运动机构包括陶瓷轴承高速电主轴、旋转接头、通过控制系统能使工件和复合电极钻进行复杂的相对运动的工作台、电解液槽，其中陶瓷轴承高速电主轴为空心结构，旋转接头装设在陶瓷轴承高速电主轴的下端，复合电极钻的柄部夹持在装设于陶瓷轴承高速电主轴的夹头上，复合电极钻的电极片通过电刷系统与加工电源的负极连接，电解液槽装在工作台的下部，电解液槽通过其底部所设的回收孔及管道与电解液供给系统连接，工件的旁侧设有与电解液供给系统连接的喷嘴。

上述工作台上装设有X轴运动导轨、Y轴运动导轨、Z轴运动导轨，其中电主轴装设在Z轴运动导轨上，Z轴运动导轨固定在X轴运动导轨上，X轴运动导轨支承在Y轴运动导轨上。

上述加工电源的加工电流通过石墨电刷从电主轴的下端导入加工的区域，门架采用大理石结构，电解液槽采用耐腐蚀的材料制作，并且和机床主体绝缘。