[发明专利]电化学机械轴类零件光整与修形复合加工工艺与装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种具有可控非均匀机械作用的电化学机械加工对轴类零件进行光整与修形复合加工的工艺与装置。

背景技术

光整加工技术通过改善零件表面质量，来提高零件使用性能和寿命。传统上，光整加工的主要目的局限在改善零件表面质量，随着光整加工技术发展和实际生产的需要，通过在光整过程中同时进行非均匀材料去除实现光整和成型相复合的加工技术逐渐受到重视。光整和成型加工相复合，能减少加工工序，提高生产效率和降低生产成本。

电化学机械光整加工是光整加工技术领域的重要方法之一，通过电化学作用与机械作用相复合实现零件表面整平和材料去除，其突出优点是：在不更换磨料前提下，可在一道工序内将表面粗糙度从Ra3.2μm左右降至小于Ra0.02μm。在电化学机械光整加工过程中，通过控制工艺参数，实现光整加工过程中同时完成零件成型，可以充分发挥电化学机械加工的技术潜力。

现有电化学机械加工实现光整和成型加工相复合，实现零件成型的研究一般通过控制电化学作用实现，控制电化学作用有三种方法：1)采用时变电场，即在电场移动过程中，在不同加工部位，电场强弱发生改变，使得去除量发生改变实现成型；2)控制电化学反应时间，即在电场移动过程中，在不同加工部位，电场停留时间发生改变，进而改变去除量实现成型；3)改变阴极形状，使得阴阳极极间间隙形成非均匀间隙分布，进而形成非均匀电场分布，改变去除量实现成型。

通过时变电场和控制电化学作用时间实现成型时，在加工过程中阴极必须有轴向运动，工艺系统复杂，对于轧辊等长轴类零件比较适合，但是，对于轴向长度较小的零件就不适合。另外，电化学机械加工的电化学参数存在最佳范围，采用时变电场方法需要改变电参数范围，成型尺寸范围受到电参数调整范围的限制。机械零部件例如轴承、齿轮等的一个重要几何特征是轴向尺寸较小，通过非均匀间隙形成非均匀电场分布，实现方式简单，具有优越性。但是，受工艺机理限制，非均匀间隙分布的成形形状准确性不容易保证，这主要由两方面原因造成。一方面是可控参数范围小。非均匀间隙形成非均匀电场分布时，去除量差异完全依赖于极间间隙差别，对于光整过程中实现的成形，尺寸范围一般比较小，由于成形范围本身比较小，阴极间隙分布差值也比较小，因而阴极间隙分布差值的微小变动会对零件的成形造成显著影响，不利于试件的精确成形。另一方面是电场分布状态实时变化。与电解加工技术相区别，电化学及其机械复合光整加工的阴阳极位置通常相对固定，在加工过程中，由于阳极形状实时变化，导致极间电场实时变化，因此阳极零件的形状难以实现准确控制。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明公开了一种具有可控非均匀机械作用的电化学机械轴类零件光整与修形复合加工工艺与装置，用以在轴类零件光整加工过程中同时实现修形。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在电化学作用一端，阴阳极极间间隙为均匀间隙，阴极在加工过程中位置不动；在机械作用一端，利用刮膜工具转速、对零件表面压力的调整，实现机械作用强弱的调整，达到控制去除量分布目的。

本发明的装置结构为：伺服电机a连接并控制滑台a，伺服电机b连接并控制滑台b，并且伺服电机b安装在滑台a上，滑台b连接弹性机构，弹性机构与刮膜工具接触，伺服电机c连接并控制刮膜工具旋转，弹性机构与滑台b之间设置有压力检测机构，滑台a旁边设置有位置检测机构，压力检测机构、位置检测机构都接到控制系统。控制系统控制整个系统装置进行加工。

在工件加工部位，包括工件部分、阴极部分和刮膜工具部分。工件部分的待加工工件可以是不同的零件，例如轴承内环或轴承滚子；阴极部分宽度与工件宽度一致，与工件相对安装；刮膜工具为圆柱形油石或套在圆形工具上的砂带，刮膜工具轴线与工件轴线交错90°安装，使刮膜工具与工件表面理论上为点接触，实现机械刮膜作用在阳极表面上的精确定位。加工时，工件接通电源正极，阴极接通电源负极。正极或负极接出端设置电流计，正负极接出线之间设置电压计。

装置进行加工时，通过三台伺服电机控制三个运动分别实现刮膜工具压力、刮膜工具移送速度、刮膜工具转速等的控制。

对刮膜工具压力控制：伺服电机b控制滑台b使得弹性机构弹力产生不同，实现刮膜工具在工件表面压力的差异，伺服电机b与伺服电机a的配合实现刮膜工具在工件表面不同位置压力的不同，此时伺服电机c为恒速转动。

对刮膜工具移送速度控制：伺服电机a控制滑台a使得刮膜工具移送速度不同，此时伺服电机b不转动，伺服电机c为恒速转动。