一种数控电解机床的振动加工装置及方法与流程

1.本发明属于振动电解加工技术领域，具体涉及一种数控电解机床的振动加工装置及方法。


背景技术：

2.电解机床是利用电化学反应中阳极溶解的原理去除材料并将工件加工成型的设备，在加工某些零件时，相比机械加工设备，其具有加工效率高、加工过程中不产生应力和变形等优点。但是，传统的电解加工，加工完成后的工件表面质量欠佳。为了获得更好的加工表面质量，经过研究发现，在工具阴极进给中采用振动进给，会获得较好的表面质量。具体来说，阴极在振动中靠近工件时，施加加工电流，去除余量，远离工件时，切断加工电流，用电解液冲走杂质。因此，需要一套振动装置，使阴极进行振动。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种数控电解机床的振动加工装置及方法，使电解机床的工具阴极在加工中可以进行振动，并对振动的振幅、频率、相位可以进行控制。
4.本发明是通过以下技术方案来实现：
5.一种数控电解机床的振动加工装置，包括，
6.第一伺服电机，第二伺服电机，振动套，离合器，上偏心轮，下偏心轮和振动轴，
7.所述上偏心轮和下偏心轮内切于振动套内；所述上偏心轮通过上偏心轴与第一伺服电机连接，所述下偏心轮通过下偏心轴与第二伺服电机连接，所述离合器设置在上偏心轮和下偏心轮之间；所述振动轴布置在振动套的y方向上。
8.优选的，所述上偏心轮的上偏心轴与第一伺服电机共轴，且轴线与振动套的圆心重合；所述下偏心轮的下偏心轴与第二伺服电机共轴，且轴线与振动套的圆心重合。
9.优选的，所述第一伺服电机带动上偏心轮绕振动套的圆心旋转，第二伺服电机带动下偏心轮绕振动套的圆心旋转。
10.优选的，所述振动套的y方向的两侧布置有上振动盒和下振动盒，所述上振动盒和下振动盒分别与振动套固定连接。
11.优选的，所述振动轴上设置滑块，所述滑块分别与上振动盒和下振动盒固定连接，当振动套带动上振动盒和下振动盒振动时，上振动盒和下振动盒带动滑块沿振动套的y方向滑动。
12.优选的，所述下偏心轴通过第二轴承和下轴承架承载载荷；所述上偏心轴通过第一轴承和上轴承架承载载荷；
13.所述第一轴承安装在上轴承架上，且与第一伺服电机的转轴过盈配合连接，所述第二轴承安装在下轴承架上，且与第二伺服电机的转轴过盈配合连接。
14.优选的，所述滑块上设置有弹簧，所述弹簧用于配合振动套使振动轴振动。
15.优选的，所述振动轴采用静压轴承支撑。
16.一种数控电解机床的振动加工方法，包括，
17.在初始位置时，上偏心轮和下偏心轮内切在振动套内，且上偏心轮，下偏心轮和振动套的圆心三点共线，第一伺服电机和第二伺服电机分别带动上偏心轮和下偏心轮绕振动套的圆心同步旋转时，振动套将保持不动；
18.进行振动时，第二伺服电机相对于第一伺服电机反向旋转，通过离合器将上偏心轴和下偏心轴脱开，上偏心轮保持不动，下偏心轮绕振动套的圆心转过角度α，且在振动套的沿直径x方向空出一段间隙ab；此时，第一伺服电机和第二伺服电机再通过离合器同步旋转，上偏心轮和下偏心轮将带动振动套产生振动，则在x方向的振幅为ab，频率为n/60赫兹，其中n为伺服电机转速。
19.优选的，振幅ab通过角α的大小进行调整，具体计算方法为：
20.在三角形oo2a中，由余弦定理可知：
21.则：
22.cosα＝/
23.其中：oo2为下偏心轮的偏心距,oa＝ob-ab,ob为振动套的半径，ab为x方向所设定的振幅，o2a为下偏心轮的半径；α为下偏心轮绕振动套的圆心转过角度；o为振动套的圆心，o2为下偏心轮的圆心。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
25.本发明提供一种数控电解机床的振动加工装置及方法，该装置通过设置了两套伺服电机、偏心轴、偏心轮，其目的是为了实现振动轴的振幅可调，具体的工作过程为在初始位置时，上偏心轮和下偏心轮内切在振动套内，且上偏心轮，下偏心轮和振动套的圆心三点共线，第一伺服电机和第二伺服电机分别带动上偏心轮和下偏心轮绕振动套的圆心同步旋转时，振动套将保持不动；进行振动时，第二伺服电机相对于第一伺服电机反向旋转，通过离合器将上偏心轴和下偏心轴脱开，上偏心轮保持不动，下偏心轮绕振动套的圆心转过角度α，且在振动套的沿直径x方向空出一段间隙ab；此时，第一伺服电机和第二伺服电机再通过离合器同步旋转，上偏心轮和下偏心轮将带动振动套产生振动，本发明提供的数控电解机床的振动加工装置，使电解机床的工具阴极在加工中可以进行振动，并对振动的振幅、频率、相位均可通过对伺服电机的控制实现，易于集成于数控机床的控制系统中，通过数控机床的数控装置进行编程，实现数字化自动控制。
26.进一步，本发明的装置振动的振幅在0.1毫米到1毫米之间调整，精度可以到0.01毫米；振动的频率可以在10赫兹到50赫兹之间无级调整。
27.进一步，本发明的装置中的振动轴采用静压轴承支撑，可以消除振动对设备的影响。
28.进一步，本发明为了使上偏心轴下偏心轴有足够的承载能力，采用轴承架固定振动盒内的轴承。
29.进一步，本发明的第一伺服电机，第二伺服电机的转速可控制振动频率同时，伺服电机的编码器信号可以确定振动轴的振动相位，控制系统可以据此确定加工电流的施加和取消。
30.进一步，本发明中当上偏心轮，下偏心轮旋转时，振动套不仅在x方向有振动，在y
方向也有振动，在振动轴上设置滑块，与上振动盒和下振动盒相连接，它可以在方向滑动，当振动套带动上振动盒和下振动盒振动时，振动盒会带动滑块沿y方向滑动，沿y向的振动就不会传递到振动轴上，保证振动轴沿x向振动。
附图说明
31.图1为本发明的振动装置结构示意图；
32.图2为振动套，上偏心轮和下偏心轮的局部放大图；
33.图3为本发明的振动装置中振动套，上偏心轮和下偏心轮的初始位置图；
34.图4为本发明的振动装置中振动套，上偏心轮和下偏心轮的振幅调整原理图；
35.图中：1、第一伺服电机，2、第一轴承，3、上轴承架，4、上振动盒，5、振动套，6、下振动盒，7、第二轴承，8、第二伺服电机，9、下轴承架，10、弹簧，11、静压轴承，12、振动轴，13、滑块，51、上偏心轴，52、上偏心轮，53、离合器，54、下偏心轮，55、下偏心轴。
具体实施方式
36.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
38.一种数控电解机床的振动加工装置，是安装于数控电解机床中，用于数控电解机床的振动电解加工，包括，如图1和图2所示，
39.第一伺服电机11、第二伺服电机8：用来产生上偏心轮52，下偏心轮54的回转运动，其转速可调，编码器信号可以反映偏心轮的角度位置。
40.第一轴承2、上轴承架3：用来承载上偏心轴51的载荷。
41.上振动盒4：分别与振动套和滑块固连，传递振动套的振动。
42.振动套5：将上偏心轮52，下偏心轮54产生的振动传递给振动轴12。
43.下振动盒6：分别与振动套和滑块固连，传递振动套的振动。
44.第二轴承7、下轴承架9：用来承载下偏心轴55的载荷。
45.弹簧10：配合振动套5使振动轴12振动。
46.静压轴承11：承载振动轴12，使其可以完成振动功能。
47.振动轴12：安装有加工电极并可进行振动的轴体。
48.滑块13：消除振动轴12y方向的振动。
49.上偏心轴51：将第一伺服电机11的运动传递给上偏心轮52。
50.上偏心轮52：使振动套5产生振动。
51.离合器53：使上偏心轮52，下偏心轮54既可以单独旋转，也可以同步旋转。
52.下偏心轮54：使振动套5产生振动。
53.下偏心轴55：将第二伺服电机8的运动传递给下偏心轮54。
54.所述上偏心轮52和下偏心轮54内切于振动套5内；所述上偏心轮52通过上偏心轴51与第一伺服电机1连接，所述下偏心轮54通过下偏心轴55与第二伺服电机8连接，所述离合器53设置在上偏心轮52和下偏心轮54之间；所述振动轴12布置在振动套5在y方向上。
55.所述上偏心轮52的上偏心轴51与第一伺服电机1共轴，且轴线位于振动套5的圆心；所述下偏心轮54的下偏心轴55与第二伺服电机8共轴，且轴线位于振动套5的圆心。
56.所述第一伺服电机1带动上偏心轮52绕振动套5的圆心旋转，第二伺服电机8带动下偏心轮54绕振动套5的圆心旋转。
57.所述振动套5的y方向的两侧布置有上振动盒4和下振动盒6，所述上振动盒4和下振动盒6分别与振动套5固定连接。
58.所述上偏心轴51穿过上振动盒4与第一伺服电机1共轴连接，所述下偏心轴55穿过下振动盒6与第二伺服电机8共轴连接。所述上振动盒4和下振动盒6的一个端面分别与振动套5的x方向的端面固定连接，所述上振动盒4和下振动盒6的纵向端面与滑块13固定连接；
59.所述振动轴12上设置滑块13，所述滑块13远离振动轴12的两侧分别与上振动盒4和下振动盒6连接，当振动套5带动上振动盒4和下振动盒6振动时，上振动盒4和下振动盒6带动滑块13沿振动套5的y方向滑动。
60.所述下偏心轴55通过第二轴承7和下轴承架9承载载荷；所述上偏心轴51通过第一轴承2和上轴承架3承载载荷，所述第一轴承2安装在上轴承架3上，且与第一伺服电机1的转轴过盈配合连接，所述第二轴承7安装在下轴承架9上，且与第二伺服电机8的转轴过盈配合连接。下轴承架9和上轴承架3的底座通过螺栓螺母组固定安装在机床上，
61.所述下偏心轴55与第二伺服电机8的转轴通过键轴连接，所述上偏心轴51与第一伺服电机1的转轴通过键轴连接；
62.所述滑块13上设置有弹簧10，所述弹簧10用于配合振动套5使振动轴12振动。弹簧10一端与滑块13连接，另一端与墙体或固定物连接，弹簧10分布在振动轴12的水平方向两侧；
63.所述振动轴12采用静压轴承11支撑，以其承受载荷，以保证振动轴12在振动过程中不受外界其他因素的干扰；
64.一种数控电解机床的振动加工方法：本装置设置了两套伺服电机、偏心轴、偏心轮，其目的是为了实现振动轴的振幅可调。振幅调整的原理如图2、图3所示。上偏心轮52和下偏心轮54直径相同，圆心分别为o1和o2，内切于圆形振动套5内，上偏心轮52和下偏心轮54的偏心轴与第一伺服电机1，第二伺服电机8共轴，并且轴线位于振动套5的圆心o。伺服电机1带动上偏心轮52绕o点旋转，伺服电机8带动下偏心轮54绕o点旋转。
65.装置的初始位置如图2所示，上偏心轮52和下偏心轮54将振动套5在直径方向填满，此时当两个伺服电机带动偏心轮绕o点同步旋转时，振动套5将保持不动。
66.需要进行振动时，伺服电机8与同步旋转时反向旋转，通过离合器53两个偏心轴脱开，上偏心轮52保持不动，下偏心轮54绕o点转过一定角度α到图3中所示位置，在直径方向空出一段间隙ab。此时，第一伺服电机1，第二伺服电机8再通过离合器53同步旋转，两个上偏心轮52，下偏心轮54将带动振动套5产生振动，其在x方向的振幅即为ab，频率为n/60赫兹，其中n为伺服电机转速。
67.从图3可以看出，振幅ab可通过角α的大小进行调整，角α可通过伺服电机8转过的
角度进行控制，这样，振幅即可通过编程进行控制。在已知振幅ab，α可以由下述方法进行确定：
68.在三角形oo2a中，由余弦定理可知：
69.则：
70.cosα＝/
71.其中：oo2为下偏心轮54的偏心距,oa＝ob-ab,ob为振动套5的半径，ab为x方向所设定的振幅，o2a为下偏心轮54的半径；α为下偏心轮54绕振动套5的圆心转过角度；o为振动套5的圆心，o2为下偏心轮54的圆心。这样，通过这几个已知量计算出角α，通过控制伺服电机8使下偏心轮54旋转到α角，由此来达到所要求的振幅。
72.由图4可以看出，当上偏心轮52，下偏心轮54旋转时，振动套5不仅在x方向有振动，在y方向也有振动。因此，如图1所示，在振动轴12上设置滑块13，与上振动盒4和下振动盒6相连接，它可以在y方向滑动，当振动套5带动上振动盒4和下振动盒6振动时，振动盒会带动滑块13沿y方向滑动。这样，沿y向的振动就不会传递到振动轴上，保证振动轴沿x向振动。
73.为了使下偏心轴51、下偏心轴55有足够的承载能力，分别采用上轴承架3、下轴承架9固定上振动盒4、下振动盒6内的轴承。
74.振动轴12采用静压轴承11支撑，可以消除振动对设备的影响。
75.第一伺服电机1，第二伺服电机8的转速可控制振动频率。同时，伺服电机的编码器信号可以确定振动轴的振动相位，控制系统可以据此确定加工电流的施加和取消。
76.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
77.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
78.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
79.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，包括，第一伺服电机(1)，第二伺服电机(8)，振动套(5)，离合器(53)，上偏心轮(52)，下偏心轮(54)和振动轴(12)；所述上偏心轮(52)和下偏心轮(54)内切于振动套(5)内；所述上偏心轮(52)通过上偏心轴(51)与第一伺服电机(1)连接，所述下偏心轮(54)通过下偏心轴(55)与第二伺服电机(8)连接，所述离合器(53)设置在上偏心轮(52)和下偏心轮(54)之间；所述振动轴(12)布置在振动套(5)的y方向上。2.根据权利要求1所述的一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，所述上偏心轮(52)的上偏心轴(51)与第一伺服电机(1)共轴，且轴线与振动套(5)的圆心重合；所述下偏心轮(54)的下偏心轴(55)与第二伺服电机(8)共轴，且轴线与振动套(5)的圆心重合。3.根据权利要求1所述的一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，所述第一伺服电机(1)带动上偏心轮(52)绕振动套(5)的圆心旋转，第二伺服电机(8)带动下偏心轮(54)绕振动套(5)的圆心旋转。4.根据权利要求1所述的一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，所述振动套(5)的x方向的两侧布置有上振动盒(4)和下振动盒(6)，所述上振动盒(4)和下振动盒(6)分别与振动套(5)固定连接。5.根据权利要求4所述的一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，所述振动轴(12)上设置滑块(13)，所述滑块(13)分别与上振动盒(4)和下振动盒(6)固定连接，当振动套(5)带动上振动盒(4)和下振动盒(6)振动时，上振动盒(4)和下振动盒(6)带动滑块(13)沿振动套(5)的y方向滑动。6.根据权利要求5所述的一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，所述下偏心轴(55)通过第二轴承(7)和下轴承架(9)承载载荷；所述上偏心轴(51)通过第一轴承(2)和上轴承架(3)承载载荷；所述第一轴承(2)安装在上轴承架(3)上，且与第一伺服电机(1)的转轴过盈配合连接，所述第二轴承(7)安装在下轴承架(9)上，且与第二伺服电机(8)的转轴过盈配合连接。7.根据权利要求5所述的一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，所述滑块(13)上设置有弹簧(10)，所述弹簧(10)用于配合振动套(5)使振动轴(12)振动。8.根据权利要求1所述的一种数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，所述振动轴(12)采用静压轴承(11)支撑。9.一种数控电解机床的振动加工方法，基于权利要求1-8任一项所述的数控电解机床的振动加工装置，其特征在于，包括：在初始位置时，上偏心轮(52)和下偏心轮(54)内切在振动套(5)内，且上偏心轮(52)，下偏心轮(54)和振动套(5)的圆心三点共线，第一伺服电机(1)和第二伺服电机(8)分别带动上偏心轮(52)和下偏心轮(54)绕振动套(5)的圆心同步旋转，振动套(5)保持不动；进行振动时，第二伺服电机(8)相对于第一伺服电机(1)反向旋转，通过离合器(53)将上偏心轴(51)和下偏心轴(55)脱开，上偏心轮(52)保持不动，下偏心轮(54)绕振动套(5)的圆心转过角度α，且在振动套(5)的沿直径x方向空出一段间隙ab；此时，第一伺服电机(1)和第二伺服电机(8)再通过离合器(53)同步旋转，上偏心轮(52)和下偏心轮(54)将带动振动套(5)产生振动，则在x方向的振幅为ab。
10.根据权利要求9所述的一种数控电解机床的振动加工方法，其特征在于，振幅ab通过角α的大小进行调整，具体计算方法为：在三角形oo2a中，由余弦定理可知：则：其中：oo2为下偏心轮(54)的偏心距，oa＝ob-ab,ob为振动套(5)的半径，ab为x方向所设定的振幅，o2a为下偏心轮(54)的半径；α为下偏心轮(54)绕振动套(5)的圆心转过角度；o为振动套(5)的圆心，o2为下偏心轮(54)的圆心。

技术总结
本发明提供一种数控电解机床的振动加工装置及方法，通过上偏心轮和下偏心轮内切于振动套内；上偏心轮通过上偏心轴与第一伺服电机连接，下偏心轮通过下偏心轴与第二伺服电机连接，进行振动时，第二伺服电机反向旋转，通过离合器将上下偏心轴脱开，下偏心轮绕振动套的圆心转过角度α，且在振动套的X方向空出一段间隙为振幅；此时，两个伺服电机再通过离合器同步旋转，上下偏心轮将带动振动套产生振动，本发明的振动加工装置，使电解机床的工具阴极在加工中可以进行振动，并对振动的振幅、频率、相位均可通过对伺服电机的控制实现，易于集成于数控机床的控制系统中，通过数控机床的数控装置进行编程，实现数字化自动控制。实现数字化自动控制。实现数字化自动控制。


技术研发人员：武钢 崔宗凯 王福平 王海利 刘佳 李文杰 陈文亮 戴元琨
受保护的技术使用者：中国航发动力股份有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/8