專利名稱:高速精密型電化學加工的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高速精密型電化學加 工機，其包括：數(shù)碼控制系統(tǒng)；電解液；用于對工件加工且能被浸入到電解液中的陰電極和陽電極。所述加工機還包括偏心輪式結(jié)構(gòu)，其由數(shù)碼控制系統(tǒng)控制，以便用搖臂連接塊配合導柱帶動陰電極以高頻振動方式在電解液中垂直上下振動，其中陰電極的導通脈沖電流及振動頻率由數(shù)碼控制系統(tǒng)控制和調(diào)整。本實用新型能確保工件加工準確。另外，可以通過采用實時全閉式脈沖傳輸線路能夠避免信號受到干擾，實時監(jiān)察加工時電流狀況及保持電流穩(wěn)定，以達到最大加工速度及最佳工作效能。本實用新型還可通過人工智能式進級根據(jù)間隙的實時狀態(tài)而按比例調(diào)整進級量，大大提高精度和工件質(zhì)量。
【專利說明】高速精密型電化學加工機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電化學加工機，尤其是涉及高速及高精密技術(shù)的電化學加工機，是一種更高層次的電化學加工。高速精密型電化學加工機能夠確保在細小的部件上實現(xiàn)更高精度的圖像，亦可進行模具拋光，使工件的表面光潔度更趨完美。

【背景技術(shù)】
[0002]年8月21日公布的中國專利申請CN103252543A公開了一種超薄工件的電解加工方法及裝置，屬于精密微細電化學加工領(lǐng)域。根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，利用金屬在電解液中發(fā)生電化學陽極溶解的原理，運用納米電極對懸掛在電解液液膜中的超薄工件進行納米電解加工，避免了裝夾時由于工件自身的剛性不足而產(chǎn)生形變，致使產(chǎn)生形狀誤差等問題。
[0003]傳統(tǒng)的電化學加工機不能自動調(diào)整工件的加工參數(shù)及進級量，而是加工距離固定。而且傳統(tǒng)的電化學加工機電極棒難以令加工電極與工件之間的工作間隙變小，從而大大影響加工速度和表面光滑度。
[0004]另外，傳統(tǒng)的電化學加工機通常采用以磷酸為主要的電解液，不但對人體有害，廢液亦需處理后才能排放，而且加工時，電解液需要加熱至90度，加工電流亦甚為巨大，故對于工業(yè)應用極不環(huán)保。
[0005]傳統(tǒng)的電化學加工機通常只應用在工件表面拋光，去毛邊和導角，因其加工精度比較差，不能加工復雜外形，亦無法作精微成型或精密加工。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上情況，本實用新型要解決的技術(shù)問題之一是提供一種改善加工精度的電化學加工機，其包括:數(shù)碼控制系統(tǒng)；電解液；用于對工件加工且能被浸入到所述電解液中的陰電極和陽電極；偏心輪式結(jié)構(gòu)，其由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制，以便用搖臂連接塊配合導柱帶動所述陰電極以高頻振動方式在所述電解液中垂直上下振動，其中所述陰電極的導通脈沖電流及振動頻率由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制和調(diào)整。通過該方案實現(xiàn)了在細小部件上實現(xiàn)高精度加工。不但能實現(xiàn)在工件表面拋光、去毛邊和導角，而且還改善了加工精度和加工復雜外形，以及對工件作精微成型或精密加，確保工件加工準確。
[0007]根據(jù)所述的電化學加工機的一種改進方案，所述數(shù)碼控制系統(tǒng)按照所述陰電極和陽電極之間放電的導通和關(guān)斷比來調(diào)整相應的加工參數(shù)并由此調(diào)整加工進級量。通過采用人工智能式進級，可根據(jù)放電的實時狀態(tài)按比例調(diào)整進級量，將電極和工件之間的間隙保持在某個進級上，而且可通過調(diào)整電極的振動頻率及脈沖的開關(guān)時間，以配合不同的加工要求。優(yōu)選地，所述加工參數(shù)包括所述陰電極的導通脈沖電流、振動頻率和/或所述陰電極與所述工件之間的距離。
[0008]根據(jù)所述的電化學加工機的一種改進方案，所述數(shù)碼控制系統(tǒng)用于在加工開始時使用粗加工參數(shù)而實施大電流加工，在加工接近完成時自動縮短所述陰電極與工件之間的距離，將所述陰電極和工件之間的間隙保持在5 μ m內(nèi)，尤其是I μ m內(nèi)。從而大大提高精度和工件質(zhì)量，以令工件表面幼細光滑。
[0009]根據(jù)所述的電化學加工機的另一種改進方案，在所述陰電極和/或陽電極上連接一個放電回路，該放電回路內(nèi)不設限流電阻，而采用超低內(nèi)阻的放電導線。通過該措施減少了電路功率損耗，能耗P趨近零，耗電量低，提高了加工工作效率。
[0010]根據(jù)所述的電化學加工機的又一種改進方案，所述數(shù)碼控制系統(tǒng)包括以下器件:工業(yè)級計算機、脈寬調(diào)制PWM開關(guān)芯片、模擬隔離器、模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和/或復雜可編程邏輯裝置CPLD(ComplexProgrammable Logic Device) o在所述器件之間可以由實時全閉式的脈沖傳輸線路相連接。
[0011]優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于實時監(jiān)視加工時流過所述陰電極和/陽電極的電流，以便在出現(xiàn)電弧時由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)關(guān)閉被施加給所述陰電極和/陽電極的脈沖信號。數(shù)碼控制系統(tǒng)實時檢查電極反饋信號以保護電極，當出現(xiàn)電弧時控制系統(tǒng)會實時關(guān)閉被輸入給加工電極的脈沖信號，并加大下次休止時間。在休止時間開始時自動調(diào)整電壓，將電壓保持穩(wěn)定。
[0012]根據(jù)所述的電化學加工機的一種改進方案，所述偏心輪式結(jié)構(gòu)是可更換的偏心輪式結(jié)構(gòu)，和/或所述工件位于所述陽電極上。所述陰電極的振動頻率可以為1Hz至100Hz，而振幅可小到0.1mm,可更換偏心輪令振幅增加至0.6mm。由于采用偏心輪設計，電極能在加工時不停振動，可提高電解質(zhì)的交換率，從而效率得以提升。
[0013]根據(jù)所述的電化學加工機的再一種改進方案，采用NaNO3取代舊式的磷酸溶液作電解液。該電解液對人體無害，而且廢液無需特殊處理，因為經(jīng)過電解后只會產(chǎn)生氫氣、氫氧化鈉和硝酸金屬化合物。溶液濃度可以為30g/L，加工電流亦可以在100A內(nèi)。當然也可以采取其它溶液濃度和加工電流參數(shù)。因此電解液可循環(huán)再用，十分環(huán)保。
[0014]總之，本實用新型可帶來的有益效果包括:可以提高加工速度，人工智能方便調(diào)控，令工件更精密更光潔，同時能減低消耗。
[0015]下面結(jié)合附圖所示的實施例來詳細講述本實用新型。

【附圖說明】

[0016]圖1是本實用新型的高精密型電化學加工機的結(jié)構(gòu)說明圖，
[0017]圖2是本實用新型的高精密型電化學加工機的電路板，
[0018]圖3是本實用新型的高精密型電化學加工機的電壓波形圖，
[0019]圖4是本實用新型的高精密型電化學加工機的放電電路圖，以及
[0020]圖5是本實用新型的高精密型電化學加工機的保持電壓電路圖。

【具體實施方式】
[0021]在圖1中示出了本實用新型的高精密型電化學加工機的示意性機械結(jié)構(gòu)，其中該偏心輪式結(jié)構(gòu)由軸承1、驅(qū)動軸2、偏心軸3及外殼6組裝而成。同時在該偏心輪式結(jié)構(gòu)上加裝一個搖臂連接塊7以使得偏心輪沒有虛位，從而確保由偏心輪帶動的電極5行位準確。這里，虛位是指偏心輪轉(zhuǎn)動時可能帶動電極5移動到左/右面，從而導致電極5在上下方向上的行位不正確。根據(jù)本實用新型，為了保證偏心輪轉(zhuǎn)動時電極5只有上下方向的振動而沒有左右移動，使用搖臂連接塊7連接電極5，而且搖臂連接塊7配合導柱4使得電極5不會左右移動。通過該方式，實現(xiàn)了偏心輪沒有虛位，從而能夠減少電極5與被加工工件之間的加工間隙，并保持電流暢通和提高電解質(zhì)的交換率。通常，振動的電極5是陰極，而被加工的工件位于陽極上(沒有在圖中示出)。
[0022]根據(jù)本實用新型，上述偏心輪式結(jié)構(gòu)配合導柱4可以使電極5按給定的振動頻率垂直上下移動，從而可以實現(xiàn)按高頻振動方式加工工件，其中施加給電極5的脈沖電流、該電極5的振動頻率和振動幅度均可通過數(shù)碼控制系統(tǒng)控制和調(diào)整。偏心輪每次轉(zhuǎn)動時都可以帶動電極5上下振動。為便于使用，所述偏心輪式結(jié)構(gòu)可以優(yōu)選采用可更換的偏心輪式結(jié)構(gòu)。當然也可以是固定的結(jié)構(gòu)。
[0023]在機械上，由馬達經(jīng)諸如皮帶的傳動裝置帶動位于圖1上方的螺桿，致使偏心輪配合導柱4上下移動，從而也帶動與偏心輪連接的電極5做上下運動。這樣，陰電極5的振動結(jié)構(gòu)采用了優(yōu)選為可更換式的偏心輪設計，偏心輪沒有虛位保證了工件能準確地進行高精度加工。另一方面，陰電極5的振動頻率優(yōu)選為1Hz至100Hz，而振幅優(yōu)選為0.1mm，可更換式偏心輪可使振幅增加至0.6_。由于采用偏心輪設計，電極能在加工時不停振動，可提高電解質(zhì)的交換率，以提高加工效率。
[0024]根據(jù)本實用新型的高智能高精密型電化學加工機，其采用NaNO3溶液作電解液。該電解液對人體無害，經(jīng)過電解后，只會產(chǎn)生氫氣、氫氧化鈉和硝酸金屬化合物，而廢液亦無需特殊處理。電解液可循環(huán)再用而且耗電量低，故十分環(huán)保。這是非常有利的，極適于環(huán)保的工業(yè)用途。例如，該電解液的溶液濃度可以優(yōu)選為30g/L，加工電流亦可以優(yōu)選在100A內(nèi)。
[0025]在圖1所示的機械結(jié)構(gòu)上，按照本實用新型可以實施以下的電化學加工機，其包括:數(shù)碼控制系統(tǒng)；電解液；用于對工件加工且能被浸入到所述電解液中的陰電極5和陽電極。所述電化學加工機還包括偏心輪式結(jié)構(gòu)1、2、3、6，其由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制，以便用搖臂連接塊7配合導柱4帶動所述陰電極5以高頻振動方式在所述電解液中垂直上下振動，其中所述陰電極5的導通脈沖電流及振動頻率由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制和調(diào)整。
[0026]圖2示出了本實用新型的高精密型電化學加工機的電路板的具體線路布局。在圖2中，在所述陰電極和/或陽電極上連接的放電回路內(nèi)不設有限流電阻，并選用超低內(nèi)阻的放電導線，及以最短的距離連接工件和高精密型電化學加工機內(nèi)部的放電源。按照普通物理知識，根據(jù)P=I2R,當R趨近于零時，能耗P也趨近零。優(yōu)選地，電路可以配備一個額外的補足電壓，以便起到穩(wěn)定電極和工件間隙之間的電壓的作用。電路板的印刷線路全部或部分地采用實時全閉式的脈沖傳輸線路。為保證安全，本機設置了絕緣板，這樣在操作進行中不會使操作人員輕易觸電。
[0027]圖4示出了本實用新型的高精密型電化學加工機的通過數(shù)碼控制系統(tǒng)控制電極放電的電路圖，其屬于本實用新型的數(shù)碼控制系統(tǒng)的一部分。本機的數(shù)碼控制系統(tǒng)包括:工業(yè)級計算機、PWM開關(guān)芯片、模擬隔離器、模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器、絕緣柵雙極型晶體管IGBTjl場可編程門陣列FPGA模塊和/或復雜可編程邏輯裝置CPLD。數(shù)碼控制系統(tǒng)能夠通過實時全閉式的脈沖傳輸線路而避免信號受到干擾，從而控制加工電極達到精確的加工電壓和機械行位。由圖4左側(cè)所示的DC PWM開關(guān)調(diào)節(jié)印刷電路板PCB來控制圖1所示的偏心輪式結(jié)構(gòu)1、2、3、6，從而控制陰電極5的機械行位。在該情形下，偏心輪的位置由該DC PWM開關(guān)調(diào)節(jié)印刷電路板PCB控制，PCB板根據(jù)當時偏心輪的位置控制電極進行放電。根據(jù)一個實施例，偏心輪位置愈高，放出的電壓愈大。
[0028]如圖4所示，數(shù)碼控制系統(tǒng)的HP控制電路控制施加在陰電極V-(對應于圖1的陰電極5)上的電壓，數(shù)碼控制系統(tǒng)的LP控制電路控制施加在陽電極V+上的電壓。系統(tǒng)電源可以采用交流電網(wǎng)的三相380V電源，并通過變壓器得到1V的交流電壓，再通過整流將約2IV的直流電壓提供給所述DC PWM開關(guān)調(diào)節(jié)印刷電路板。
[0029]在圖4所示的放電電路中，所述數(shù)碼控制系統(tǒng)按照陰電極V-和陽電極V+之間放電的導通和關(guān)斷比來調(diào)整相應的加工參數(shù)并由此調(diào)整加工進級量。所述加工參數(shù)包括所述陰電極V-的導通脈沖電流、振動頻率和/或所述陰電極V-與所述陽電極V+ (也即其上的工件)之間的距離。
[0030]通過所述數(shù)碼控制系統(tǒng)對圖1所示的偏心輪和圖4所示的電極放電的控制，來實現(xiàn)一種所謂的人工智能式進級，也即可按照電極放電時的導通時間Tm和關(guān)斷時間Irff的實時狀態(tài)比來調(diào)整進級量及自動調(diào)整加工參數(shù)。例如開始時，使用粗加工參數(shù)，實施大電流，高速率加工。當接近完成時則自動調(diào)整至細加工狀態(tài)。此時電流調(diào)低，大大提高精度和工件質(zhì)素量。例如，在加工接近完成時自動縮短所述陰電極與工件之間的距離，將所述陰電極和工件之間的間隙保持在5 μ m內(nèi)，尤其是I μ m內(nèi)，將電壓控制及保持至10V。這樣，本機亦能按照需求進行工件表面拋光，光潔度更趨完美。在細加工狀態(tài)下，由于陰電極和工件之間的間隙極小，可以使得電解位置的形狀與電極的形狀相同，大大提高精度和工件質(zhì)量，以令工件表面幼細光滑。應當理解，兩個電極位置愈近，加工效果愈好。電解完成后，工件進行電解的位置會與電極的形狀相同。倒如:一個三角形的電極，加工完成后，工件上會出現(xiàn)一個三角形的小孔。
[0031]另外，在以上實施例中，為確保電極加工位置準確，所述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制偏心輪運行時，該偏心輪的碰數(shù)需要保持在最低位置。這里，碰數(shù)是指記錄陰電極棒的位置，用于計算電極之間的加工距離。
[0032]圖5示出了本實用新型的高精密型電化學加工機的一種保持電壓電路圖，其屬于本實用新型的數(shù)碼控制系統(tǒng)的一部分。如圖5所示，由左上方示出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器C0NN4接收數(shù)字控制信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器C0NN4的輸出信號通過模擬隔離器IS024 ISOl被輸入到控制器模塊SG3525A。由IGBT電路生成驅(qū)動功率，通過端子Pl和P2輸送給控制偏心輪結(jié)構(gòu)運行的電機。這里，IGBT電路由圖5右側(cè)所示的晶體管Q1、二極管HER507、電阻RlO和電容C16構(gòu)成。
[0033]在圖5所示的電路中，在電阻2K、8K間的連接節(jié)點到控制器模塊SG3525A的輸入端I之間，敷設了電極反饋導線。該電極反饋導線可以被用來反饋電極的工作電流狀況。
[0034]從而，數(shù)碼控制系統(tǒng)通過利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崟r監(jiān)察加工時電流狀況，保持電流穩(wěn)定。數(shù)碼控制系統(tǒng)實時檢查電極反饋信號以保護電極，當出現(xiàn)電弧時控制系統(tǒng)會實時關(guān)閉被輸入給加工電極的脈沖信號，并加大下次休止時間。在休止時間開始時自動調(diào)整電壓，將電壓保持穩(wěn)定。
[0035]圖3示意性地描繪了本實用新型的高精密型電化學加工機的一個示例的電壓波形圖。特別地，該波形反映了電極放電時的位置，其中電壓開始上升時代表了陰電極5正在移向位于陽電極上的工件。應當理解，該電壓是通過上述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制產(chǎn)生的，其取決于偏心輪的位置和數(shù)碼控制系統(tǒng)給電極施加的電壓。
[0036]應當理解，以上附圖所示的實施例僅為本實用新型的示例性說明而非具有限制性。所列的各個技術(shù)特征或方案在不相互沖突或矛盾的情況下也可以適當?shù)剡M行多種組入口 ο
【權(quán)利要求】
1.一種電化學加工機，其包括: 數(shù)碼控制系統(tǒng)； 電解液； 用于對工件加工且能被浸入到所述電解液中的陰電極(5)和陽電極； 其特征在于， 所述電化學加工機還包括: 偏心輪式結(jié)構(gòu)(1，2，3，6)，其由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制，以便用搖臂連接塊(7)配合導柱(4)帶動所述陰電極(5)以高頻振動方式在所述電解液中垂直上下振動，其中所述陰電極(5)的導通脈沖電流及振動頻率由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)控制和調(diào)整。2.如權(quán)利要求1所述的電化學加工機，其特征在于:所述數(shù)碼控制系統(tǒng)按照所述陰電極(5)和陽電極之間放電的導通和關(guān)斷比來調(diào)整相應的加工參數(shù)并由此調(diào)整加工進級量。3.如權(quán)利要求2所述的電化學加工機，其特征在于:所述加工參數(shù)包括所述陰電極(5)的導通脈沖電流、振動頻率和/或所述陰電極(5)與所述工件之間的距離。4.如權(quán)利要求2所述的電化學加工機，其特征在于:所述數(shù)碼控制系統(tǒng)用于在加工開始時使用粗加工參數(shù)而實施大電流加工，在加工接近完成時自動縮短所述陰電極與工件之間的距離，將所述陰電極和工件之間的間隙保持在I 內(nèi)。5.如權(quán)利要求2所述的電化學加工機，其特征在于:在所述陰電極(5)和/或陽電極上連接一個放電回路，該放電回路內(nèi)不設限流電阻，而采用超低內(nèi)阻的放電導線。6.如權(quán)利要求1所述的電化學加工機，其特征在于:所述數(shù)碼控制系統(tǒng)包括以下器件:工業(yè)級計算機、脈寬調(diào)制PWM開關(guān)芯片、模擬隔離器、模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和/或復雜可編程邏輯裝置CPLD，所述器件之間由實時全閉式的脈沖傳輸線路相連接。7.如權(quán)利要求6所述的電化學加工機，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于實時監(jiān)視加工時流過所述陰電極和/陽電極的電流，以便在出現(xiàn)電弧時由所述數(shù)碼控制系統(tǒng)關(guān)閉被施加給所述陰電極和/陽電極的脈沖信號。8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的電化學加工機，其特征在于:所述偏心輪式結(jié)構(gòu)是可更換的偏心輪式結(jié)構(gòu)，和/或所述工件位于所述陽電極上。9.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的電化學加工機，其特征在于:所述電解液為NaNO3電解液。10.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的電化學加工機，其特征在于:所述陰電極(5)的振動頻率為1Hz至10Hz，振幅為0.lmm-0.6mm。
【文檔編號】B23H3-00GK204277141SQ201420436976
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