專利名稱：用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置的制作方法
技術領域：
一種用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，屬于精密研磨加工領域。
背景技術：
在線電解修整砂輪(ELID)精密鏡面磨削是20世紀末從日本發展起來的一項磨削新技術。它開辟了精密超精密鏡面磨削加工的新途徑，在高溫合金、脆硬材料等難加工材料的超精密鏡面加工方面具有重要應用，解決了傳統磨削技術對脆硬難加工材料進行加工時存在的磨削力大、溫度高、效率低、修銳困難等問題。不少海內外學者對其工藝系統、加工機理等進行了深入研究。目前，ELID鏡面磨削技術已經逐步實現其在光學鏡頭、光學玻璃、半導體微處理器等領域的產業化。但是，針對ELID研磨技術的研究還未引起更多關注，而研磨是一種重要的精密、超精密加工技術，幾乎適合于各種材料的加工，且傳統研磨工藝技術對脆硬難加工材料進行加工時存在加工精度不穩定、加工成本高、效率低、磨具修整困難等問題，難以滿足高精度、高效率的加工要求。因此，結合ELID磨削技術和研磨技術，解決傳統磨削加工方法所存在的問題，是拓展研磨領域的關鍵，而用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置是ELID研磨技術的核心，其相關專利及參考文獻目前并未查閱到。

發明內容
為了克服傳統研磨工藝技術對脆硬難加工材料進行加工時存在的不足，本發明提供了一種用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，實現將ELID技術應用于研磨領域，以降低生產成本，提高研磨加工的精度和效率。本發明專利解決其技術問題所采用的技術方案是上表面鑲嵌有研磨丸片17的研磨盤2安裝在機床主軸I上，由機床主軸I帶動旋轉；在研磨盤2上方設有卡盤12，卡盤12下端開有一個同軸孔，孔的直徑小于卡盤12的直徑，且等于工件盤13的直徑，孔的高度小于卡盤12的高度，同時也小于工件的高度；工件盤13上開有排布均勻的孔，孔的直徑與工件直徑相等，工件盤13的厚度小于工件的高度；工件和工件盤13置于研磨盤2上，工件裝于工件盤13的孔內，工件盤13裝于卡盤12的孔內；研磨盤2與ELID電解電源正極相連作為陽極，兩個不銹鋼箱體8與ELID電解電源負極相連作為陰極，兩個不銹鋼箱體8對稱分布于壓力頭14兩側，且位于研磨盤2上方；電解研磨液從不銹鋼箱體8側面頂部的小孔注入，不銹鋼箱體8底面開有分布均勻的噴灑孔9，使電解研磨液均勻地噴灑到工件與研磨盤2之間；兩導向板11通過螺釘6固定在平板4上，導向板11的側面開有導向槽；兩不銹鋼箱體8內側設有導向塊10，導向塊10置于導向板11的導向槽內，對不銹鋼箱體8的位置微調進行導向；絲杠16通過螺紋孔15與平板4相連，平板4兩端設有用于在機床導軌上滑動的槽；壓力頭14上端與氣缸5相連，下端頂在卡盤12的上表面，對卡盤12施加可控壓力，進而對工件施加可控壓力；傳動電機通過絲杠16帶動平板4在機床導軌上作橫向移動，兩不銹鋼箱體8、導向板11、氣缸5及壓力頭14均安裝在平板4上并隨著平板4 一起運動，同時壓力頭14帶動卡盤12、工件盤13和工件在研磨盤2上進行橫向往復運動，以研磨工件；平板4的移動距離由安裝在機床導軌兩側的電磁傳感器控制；傳感器3安裝在不銹鋼箱體8側面，并且傳感器3的探頭與不銹鋼箱體8底面位于同一水平面，監測不銹鋼箱體8底部與研磨盤2之間的距離，傳感器3將信號輸出給PLC控制器，當不銹鋼箱體8底部與研磨盤2之間的距離大于1. 5mm或小于O. 5mm時，PLC控制器將距離信號輸出給步進電機。通過步進電機、絲杠7、導向塊10和導向板11實現對不銹鋼箱體8上下位移的微調，通過上述閉環控制使得加工過程中電極間隙始終在O. 5 1. 5mm范圍內。所述研磨丸片17為鐵銅結合劑金剛石丸片。所述研磨盤2是在鑄鐵基圓盤上鉆出排布均勻的孔，孔的深度低于金剛石丸片的高度，并與金剛石丸片過盈配合。將金剛石丸片敲入孔中后，在突出的金剛石丸片間澆鑄熔融的純鋁液，待冷卻后修型，使金剛石丸片的高度與周圍純鋁的高度相同。所述壓力頭14對卡盤12施加的可控壓力的大小由電動氣泵充入氣缸5的氣體量控制。所述不銹鋼箱體8的截面為扇形。本發明專利的有益效果是不銹鋼箱體8底面開有分布均勻的噴灑孔9能使正負極間均勻地充滿研磨液，使極間的電解修銳作用進行得充分和穩定；不銹鋼箱體8為扇形，以保證研磨盤2內側丸片與外側丸片電解速率相同，使研磨盤保持很好的平面度，以提高加工質量；不銹鋼箱體8對稱分部于卡盤12的兩側，并與其同時在研磨盤2上運動，有效降低了研磨盤2在加工過程中的電解不均勻性；傳感器3、PLC控制器、步進電機、絲杠7、導向塊10、導向板11組成的閉環控制能始終保持極間距離穩定，進而使電解加工的進行得充分和穩定；此用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置的優點在于傳動結構緊湊、占用機床空間較小，磨削液噴灑均勻豐盈，并且可以實現電極間隙的自適應控制。


圖1是用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置的結構示意圖。圖2是用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置的三維示意圖。圖1中1-主軸,2-研磨盤,3-傳感器,4-平板,5-氣缸,6-螺釘,7-絲杠,8-扇形不銹鋼箱體，9-噴灑孔，10-導向塊，11-導向板，12-卡盤，13-工件盤，14-壓力頭，15-螺紋孔，16-絲杠，17-研磨丸片。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對于本發明作進一步的說明。如圖1和圖2所示，本實施例中的裝置主要包括步進電機，PLC控制器，傳感器3，研磨盤2,卡盤12,扇形不銹鋼箱體8,平板4,氣缸5,絲杠7,導向板11,壓力頭14,絲杠16,研磨丸片17。上表面鑲嵌有研磨丸片17的研磨盤2安裝在機床主軸I上，由機床主軸I帶動旋轉；在研磨盤2上方設有卡盤12，卡盤12下端開有一個同軸孔，孔的直徑小于卡盤12的直徑，且等于工件盤13的直徑，孔的高度小于卡盤12的高度，同時也小于工件的高度；工件盤13上開有排布均勻的孔，孔的直徑與工件直徑相等，工件盤13的厚度小于工件的高度；工件和工件盤13置于研磨盤2上，工件裝于工件盤13的孔內，工件盤13裝于卡盤12的孔內；研磨盤2與ELID電解電源正極相連作為陽極，兩個不銹鋼箱體8與ELID電解電源負極相連作為陰極，兩個不銹鋼箱體8對稱分布于壓力頭14兩側，且位于研磨盤2上方；電解研磨液從不銹鋼箱體8側面頂部的小孔注入，不銹鋼箱體8底面開有分布均勻的噴灑孔9，使電解研磨液均勻地噴灑到工件與研磨盤2之間；兩導向板11通過螺釘6固定在平板4上，導向板11的側面開有導向槽；兩不銹鋼箱體8內側設有導向塊10，導向塊10置于導向板11的導向槽內，對不銹鋼箱體8的位置微調進行導向；絲杠16通過螺紋孔15與平板4相連，平板4兩端設有用于在機床導軌上滑動的槽；壓力頭14上端與氣缸5相連，下端頂在卡盤12的上表面，對卡盤12施加可控壓力，進而對工件施加可控壓力；傳動電機通過絲杠16帶動平板4在機床導軌上作橫向移動，兩不銹鋼箱體8、導向板11、氣缸5及壓力頭14均安裝在平板4上并隨著平板4 一起運動，同時壓力頭14帶動卡盤12、工件盤13和工件在研磨盤2上進行橫向往復運動，以研磨工件；平板4的移動距離由安裝在機床導軌兩側的電磁傳感器控制；傳感器3安裝在不銹鋼箱體8側面，并且傳感器3的探頭與不銹鋼箱體8底面位于同一水平面，監測不銹鋼箱體8底部與研磨盤2之間的距離，傳感器3將信號輸出給PLC控制器，當不銹鋼箱體8底部與研磨盤2之間的距離大于1. 5mm或小于O. 5mm時，PLC控制器將距離信號輸出給步進電機。通過步進電機、絲杠7、導向塊10和導向板11實現對不銹鋼箱體8上下位移的微調，通過上述閉環控制使得加工過程中電極間隙始終在O. 5 1.5mm范圍內。所述研磨丸片17為鐵銅結合劑金剛石丸片。所述研磨盤2是在鑄鐵基圓盤上鉆出排布均勻的孔，孔的深度低于金剛石丸片的高度，并與金剛石丸片過盈配合。將金剛石丸片敲入孔中后，在突出的金剛石丸片間澆鑄熔融的純鋁液，待冷卻后修型，使金剛石丸片的高度與周圍純鋁的高度相同。所述壓力頭14對卡盤12施加的可控壓力的大小由電動氣泵充入氣缸5的氣體量控制。所述不銹鋼箱體8的截面為扇形。在本發明實施過程中 所述ELID電解電源采用高頻直流脈沖電源；所述步進電機采用高分辨率混合式步進電機；所述傳感器3選用電渦流傳感器；所述絲杠7采用滾珠絲杠，以滿足不銹鋼箱體8位置微調的精度；將本發明裝于普通立式研磨機床上，工件裝于工件盤13上，工件盤13裝于卡盤12內，平板4裝于機床導軌上。啟動機床后主軸I帶動研磨盤2旋轉，壓力頭14帶動卡盤12在研磨盤2上進行橫向往復運動，對工件進行研磨。在不銹鋼箱體8內充滿電解研磨液，使不銹鋼箱體8與研磨盤2之間均勻地灑滿研磨液，進而使得研磨盤2電解充分、穩定。當工件達到所需精度后，壓力頭14迅速回升。隨著研磨丸片17的磨損，不銹鋼箱體8底部與研磨盤2之間的距離發生改變，傳感器3將距離信號傳遞給PLC控制器，PLC控制器根據預設值，通過步進電機、滾珠絲杠7、導向塊10和導向板11實現對不銹鋼箱體8上下位移的微調，再通過位移傳感器3將調整位置信息反饋給PLC控制器，實現閉環控制，使其本電解裝置具有電極間隙自動定位功能。同時，通過調節ELID電解電源的電壓和電流，控制研磨丸片17的電解修銳速度，使研磨丸片17始終保持良好狀態，以實現對工件的ELID超精密研磨加工。
權利要求
1.用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，其特征在于:上表面鑲嵌有研磨丸片(17)的研磨盤(2)安裝在機床主軸(I)上，由機床主軸(I)帶動旋轉；在研磨盤(2)上方設有卡盤(12)，卡盤(12)下端開有一個同軸孔，孔的直徑小于卡盤(12)的直徑，且等于工件盤(13)的直徑，孔的高度小于卡盤(12)的高度，同時也小于工件的高度；工件盤(13)上開有排布均勻的通孔，孔的直徑與工件直徑相等，工件盤(13)的厚度小于工件的高度；工件和工件盤(13 )置于研磨盤(2 )上，工件裝于工件盤(13 )的通孔內，工件盤(13 )裝于卡盤(12)的孔內；研磨盤(2)與ELID電解電源正極相連作為陽極，兩個不銹鋼箱體(8)與ELID電解電源負極相連作為陰極；兩個不銹鋼箱體⑶對稱分布于壓力頭(14)兩側，且位于研磨盤(2)上方；電解研磨液從不銹鋼箱體(8)側面頂部的小孔注入，不銹鋼箱體(8)底面開有分布均勻的噴灑孔(9)，使電解研磨液均勻地噴灑到工件與研磨盤(2)之間；兩導向板(11)通過螺釘(6)固定在平板⑷上，導向板(11)的側面開有導向槽；兩不銹鋼箱體(8)內側設有導向塊(10)，導向塊(10)置于導向板(11)的導向槽內，對不銹鋼箱體(8)的位置微調進行導向；絲杠(16)通過螺紋孔(15)與平板(4)相連，平板(4)兩端設有用于在機床導軌上滑動的槽；壓力頭(14)上端與氣缸(5)相連，下端頂在卡盤(12)的上表面，對卡盤(12)施加可控壓力，進而對工件施加可控壓力；傳動電機通過絲杠(16)帶動平板(4)在機床導軌上作橫向移動，兩不銹鋼箱體(8)、導向板(11)、氣缸(5)及壓力頭(14)均安裝在平板(4)上并隨著平板(4) 一起運動，同時壓力頭(14)帶動卡盤(12)、工件盤(13)和工件在研磨盤(2)上進行橫向往復運動，以研磨工件；平板(4)的移動距離由安裝在機床導軌兩側的電磁傳感器控制；傳感器(3)安裝在不銹鋼箱體(8)側面，且傳感器(3)的探頭與不銹鋼箱體(8)底面位于同一水平面，監測不銹鋼箱體(8)底部與研磨盤(2)之間的距離；傳感器(3)將信號輸出給PLC控制器，當不銹鋼箱體(8)底部與研磨盤(2)之間的距離大于1.5mm或小于0.5mm時，PLC控制器將距離信號輸出給步進電機。通過步進電機、絲杠(7)、導向塊(10)和導向板(11)實現對不銹鋼箱體(8)上下位移的微調，通過上述閉環控制使得加工過程中電極間隙始終在0.5 1.5mm范圍內。
2.根據權利要求1所述的用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，其特征在于:研磨丸片(17)為 鐵銅結合劑金剛石丸片。
3.根據權利要求1所述的用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，其特征在于:研磨盤(2)是在鑄鐵基圓盤上鉆出排布均勻的孔，孔的深度低于金剛石丸片的高度，并與金剛石丸片過盈配合；將金剛石丸片敲入孔中后，在突出的金剛石丸片間澆鑄熔融的純鋁液，待冷卻后修型，使金剛石丸片的高度與周圍純鋁的高度相同。
4.根據權利要求1所述的用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，其特征在于:壓力頭(14)對卡盤(12)施加的可控壓力的大小由電動氣泵充入氣缸(5)的氣體量控制。
5.根據權利要求1所述的用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，其特征在于:不銹鋼箱體(8)的截面為扇形。
全文摘要
用于在線電解修銳金屬結合劑丸片研磨加工的電解裝置，屬于研磨精密加工領域。上表面鑲嵌有研磨丸片的研磨盤作為陽極，由機床主軸帶動旋轉。卡盤內裝有工件盤和工件，壓力頭帶動卡盤在研磨盤上進行橫向往復運動，以研磨工件。不銹鋼箱體作為陰極，對稱分布于壓力頭兩側，并設有一個微傳動機構以實現不銹鋼箱體上下位移的微調。通過傳感器、PLC控制器、步進電機和微傳動機構使不銹鋼箱體底部與研磨盤的距離始終保持在1mm左右。另外，不銹鋼箱體底面開有分布均勻的研磨液噴灑孔，使極間的電解修銳作用即陽極溶解進行得充分和穩定，實現對工件的超精密研磨加工。
文檔編號B24B1/00GK103072048SQ201310013938
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者關佳亮, 朱莉莉, 王志偉, 馬新強, 張孝輝 申請人:北京工業大學