一种可变形电极电解切割加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及电解加工领域，特别是涉及一种可变形电极电解切割加工装置及加工方法。

背景技术

电解线切割加工技术采用金属丝或金属棒作为工具电极，基于电化学阳极溶解原理去除工件材料，通过线电极与工件之间的相对运动将工件加工成形。因而，电解线切割加工具有电解加工的一系列优点：加工过程中工件阳极和工具阴极处于非接触式加工状态，加工表面无应力，不存在重铸层、微裂纹、热影响区；不受工件材料力学性能的限制，特别适合高硬度等难加工金属材料的加工成形；工件以离子形式去除材料，能够实现高精度加工以及微细结构的加工目标；工具阴极电极不损耗，可以重复使用。在许多零件的加工中，电解加工工艺已占有重要甚至不可替代的地位。

但是，传统的电解线切割加工工艺只能加工直纹面，在加工涡轮叶片等非直纹曲面工件时存在显著的加工余量不均匀问题，给后续精加工带来困难。

因此，亟需设计一种可变形电极电解切割加工装置及加工方法，用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变形电极电解切割加工装置及加工方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种可变形电极电解切割加工装置，包括

隔振平台，所述隔振平台顶端固接有电解液槽，所述电解液槽连通有电解液池；

运动工作台，所述运动工作台安装在所述隔振平台上，所述运动工作台上可拆卸连接有工件；

可变形电极，所述可变形电极包括安装在所述工作台上的可变形组件，所述可变形组件传动连接有电机，所述可变形组件和所述工件均电性连接有脉冲电源；

控制系统，所述电机和所述运动工作台均与所述控制系统电性连接。

优选的，所述可变形组件包括安装在所述隔振平台上的丝架，所述丝架上穿设有线电极，所述丝架上转动连接有若干调节杆，所述电机设置若干个，若干所述电机与若干所述调节杆一一对应设置，且所述电机与所述调节杆传动连接，所述线电极贯穿若干所述调节杆的一端。

优选的，所述线电极为中空管电极或实心线电极，所述线电极相对于工件非加工区域的侧壁涂覆有绝缘层。

优选的，所述控制系统包括计算机、电机控制器和工作台控制器，所述电机控制器和所述工作台控制器均与所述计算机电性连接，所述电机与所述电机控制器电性连接，所述运动工作台与所述工作台控制器电性连接。

优选的，所述丝架上安装有摄像头，所述摄像头与所述计算机电性连接，所述摄像头正对于所述线电极变形时所在的平面。

应用上述的一种可变形电极电解切割加工装置的可变形电极电解切割加工方法，包括以下步骤：

步骤一、根据待加工的工件的三维模型生成操作指令；

步骤二、安装可变形组件，将工件安装在运动工作台上，并进行对刀；

步骤三、开启电解液泵和脉冲电源，根据步骤一中生成的操作指令对工件进行加工；

步骤四、关闭电解液泵和脉冲电源，将工件取下并对工件进行清洗。

优选的，步骤一中所述的操作指令的生成方式为：通过计算机将工件的三维模型切片转换为离散的二维曲线，对应为在线电极相对于工件在不同加工位置时线电极的相应形状，进而计算得出线电极变形为不同形状曲线时对应调节杆转过的角度。

优选的，步骤三中对工件的加工过程为：开启脉冲电源和电解液泵，计算机根据步骤一中计算的参数控制电机控制器和工作台控制器；工作台控制器控制运动工作台的进给，电机控制器控制电机转动的角度，控制线电极变形成相应的形状，完成对工件的加工。

优选的，步骤三中对工件进行加工时，摄像头采集线电极形状图像并传输至计算机二值化为函数曲线，计算机将此函数曲线与步骤一中计算得出的二维曲线进行比较，根据比较的差值在加工过程中控制电机转动进行补偿。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明相较于传统的电解线切割加工方法，本方法可以实现对非直纹曲面一次电解成形同时保证一定的精度，加工余量小且均匀，使后续精加工工序的劳动量大大减小，提高了加工效率。

2、在实际生产中，应对工件尺寸和外形变化时，本方法只需要改变调节杆之间的间距即可配合调节杆转动得到加工不同曲面时线电极对应形状，调节更加简单快捷，工艺适应性强，加工柔性高。

3、本发明相较于拷贝式电解加工工艺，无需制造特定形状的工具阴极，大幅减少工序和加工成本，减小了加工难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种可变形电极电解切割加工装置的结构示意图；

图2为本发明中可变形组件的加工时的结构示意图；

图3为本发明中线电极装配和变形示意图；

其中，1、线电极；2、调节杆；3、丝架；4、工件；5、电机控制器；6、电机；7、减速器；8、脉冲电源；9、电解液池；10、电解液泵；11、运动工作台；12、工作台控制器；13、计算机；14、隔振平台；15、摄像头；16、电解液槽。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-3，本发明提供一种可变形电极电解切割加工装置，包括

隔振平台14，隔振平台14顶端固接有电解液槽16，电解液槽16连通有电解液池9；

运动工作台11，运动工作台11安装在隔振平台14上，运动工作台11上可拆卸连接有工件4；

可变形电极，可变形电极包括安装在工作台上的可变形组件，可变形组件传动连接有电机6，可变形组件和工件4均电性连接有脉冲电源8；

控制系统，电机6和运动工作台11均与控制系统电性连接。本发明解决了传统的电解线切割加工只能加工直纹面，在加工非直纹曲面工件时存在显著的加工余量不均匀问题，保证了工件4的加工精度，为后续加工提供良好的基础保障。

进一步的，可变形组件包括安装在隔振平台14上的丝架3，丝架3上穿设有线电极1，丝架3上转动连接有若干调节杆2，电机6设置若干个，若干电机6与若干调节杆2一一对应设置，且电机6与调节杆2传动连接，线电极1贯穿若干调节杆2的一端。

控制系统控制电机6转过的角度，电机6转动时带动与之传动连接的调节杆2转动，调节杆2转动带动穿设在上面的线电极1发生变形，以得到加工不同曲面时线电极1对应形状，解决传统的电解线切割加工只能加工直纹面，在加工非直纹曲面工件时存在显著的加工余量不均匀问题，若干调节杆2均传动连接与单独的电机6，能够实现每个调节杆2的单独控制，能够更加准确的调节线电极1的变形形状，保证工件4的加工精度。

进一步的，电机6的输出轴同轴固接有减速器7的输入端，减速器7的输出端与调节杆2的另一端同轴固接。通过减速器7使电机6与调节杆2，能够使电机6对调节杆2的调节更加精确，避免由于电机6直接与调节杆2连接调节时调节角度不精确的问题。

进一步的，若干调节杆2的一端均开设有通孔，丝架3上安装有导向器，线电极1从导向器及通孔穿过。通过在丝架3上安装导向器能够更加方便的对线电极1进行穿设。

进一步的，线电极1为中空管电极或实心线电极，线电极1相对于工件4非加工区域的侧壁涂覆有绝缘层。

本发明在加工过程中根据二维曲线中的曲线长度和弯曲情况选取适当线电极1，以保证加工精度，在线电极1相对于工件4非加工区域的侧壁涂覆有绝缘层，能够避免在对工件4进行加工时线电极1对非加工区域进行加工，保证了对工件4的加工精度。

当线电极1为中空管电极时，电解液池9连通有电解液泵10，电解液泵10的出液端与线电极1连通，电解液槽16的底部与电解液池9连通，电解液通过电解液泵10进入中空管电极中，电解液从中空管电极侧壁的小孔向外冲出；当线电极1为实心线电极时，电解液池9连通有电解液泵10，电解液泵10的出液端与电解液槽16的顶部连通，电解液槽16的底部与电解液池9连通，电解液槽16中的电解液浸没工件4和可变形组件。

进一步的，控制系统包括计算机13、电机控制器5和工作台控制器12，电机控制器5和工作台控制器12均与计算机13电性连接，电机6与电机控制器5电性连接，运动工作台11与工作台控制器12电性连接。

计算机13用于将待加工的工件4的三维模型切片转换为离散的二维曲线以及接收相应的数据信号并进行处理，计算机13将相应的控制信号发送至电机控制器5和工作台控制器12，电机控制器5控制电机6运转，工作台控制器12控制运动工作台11的进给。

进一步的，丝架3上安装有摄像头15，摄像头15与计算机13电性连接，摄像头15正对于线电极1变形时所在的平面。

通过设置摄像头15，能够在加工过程中实时检测线电极1的变形形状，并传输至计算机13，通过计算机13与理论值进行比较，并控制电机6实时进行补偿，补偿线电极1由冲液造成的形状误差或大角度弯曲导致的非弹性形变提高对工件4的加工精度。

应用上述的一种可变形电极电解切割加工装置的可变形电极电解切割加工方法，包括以下步骤：

步骤一、根据待加工的工件4的三维模型生成操作指令；

步骤二、安装可变形组件，将工件4安装在运动工作台11上，并进行对刀；

步骤三、开启电解液泵10和脉冲电源8，根据步骤一中生成的操作指令对工件4进行加工；

步骤四、关闭电解液泵10和脉冲电源8，将工件4取下并对工件4进行清洗。

进一步的，步骤一中的操作指令的生成方式为：通过计算机13将工件4的三维模型切片转换为离散的二维曲线，对应为在线电极1相对于工件4在不同加工位置时线电极1的相应形状，进而计算得出线电极1变形为不同形状曲线时对应调节杆2转过的角度。通过计算机13将待加工的工件4的三维模型转换为二维曲线，能够更加方便的调节杆2对应调节的角度，以保障加工的精度。

进一步的，步骤三中对工件4的加工过程为：开启脉冲电源8和电解液泵10，计算机13根据步骤一中计算的参数控制电机控制器5和工作台控制器12；工作台控制器12控制运动工作台11的进给，电机控制器5控制电机6转动的角度，控制线电极1变形成相应的形状，完成对工件4的加工。

进一步的，步骤三中对工件4进行加工时，摄像头15采集线电极1形状图像并传输至计算机13二值化为函数曲线，计算机13将此函数曲线与步骤一中计算得出的二维曲线进行比较，根据比较的差值在加工过程中控制电机6转动进行补偿。通过摄像头15对线电极1的变形形状进行实施监测，并传输至计算机13，通过计算机13与计算结果进行比较，并控制电机6实时进行补偿，补偿线电极1由冲液造成的形状误差或大角度弯曲导致的非弹性形变，提高对工件4的加工精度。

实施例一：

本实施例中加工的工件4为闭式整体叶轮；

步骤一、将闭式整体叶轮三维模型输入计算机13，切片转换为离散的二维轮廓，提取待加工表面对应的二维曲线；根据曲线长度和弯曲情况选取适当线电极1(本实例中选取的线电极1为实心线电极材质为镍钛合金，长度为300mm，直径为0.7mm)，在曲线中选取两个恰当的控制点，以两个控制点的间距作为两根调节杆2在丝架3上的安装距离；对所有的曲线进行数学建模，求得线电极1在不同形状下对应调节杆2所需的转角，乘以减速机的减速比，得到电机6对应每个加工位置的线电极1形状应当转动的角度列表，转换为电机6运动指令序列；

将调节杆2和线电极1按照上述控制点的距离安装在丝架3上，将上述运动指令输入控制系统，使摄像头15正对线电极1；

步骤二、将工件毛坯装夹对刀(线电极1从叶轮毛坯上预制的加工孔中穿过，如图2所示)，把坐标信息输入控制系统；使电解液槽16中电解液浸没工件4和可变形组件，开启电解液泵10向管电极中通入电解液，实现对电解液的循环。

步骤三、开启脉冲电源8，控制系统按照控制指令同时控制工件4的进给和电机6的转动，调节杆2带动线电极1改变形状进行电解切割，以便得到目标曲面；

步骤四、加工完毕，关闭脉冲电源8和电解液循环系统，分离、清洗工件4。

通过本发明的加工方法加工的闭式整体叶轮，能够实现对非直纹曲面一次电解成形同时保证一定的精度，加工余量小且均匀，使后续精加工工序的劳动量大大减小，提高了加工效率。

实施例二：

本实施例中加工的工件4为涡轮叶片；

步骤一、选取材质为镍钛合金的管电极，长度为200mm，直径为1mm，壁厚为0.2mm，侧壁出液孔直径为0.2mm，其余操作与实例一相同不再进行过多叙述。

步骤二、将工件毛坯装夹对刀，把坐标信息输入控制系统；开启电解液泵10向管电极中通入电解液，实现对电解液的循环。

步骤三、开启脉冲电源8，控制系统按照控制指令同时控制工件4的进给和电机6的转动，同时摄像头15采集线电极1变形后图像，传输至计算机13，计算机13计算实际形状与目标曲线数学模型的坐标差值，控制系统根据偏差计算电机6的补偿转角，校正电机6转角与线电极1形状对应关系，得到线电极1形状与电机6转动角度之间的准确对应关系，调节杆2带动线电极1改变形状进行电解切割，以便得到目标曲面；

步骤四、加工完毕，关闭脉冲电源8和电解液循环系统，分离、清洗工件4。

通过本发明的加工方法加工的涡轮叶片，能够实现对非直纹曲面一次电解成形同时保证一定的精度，加工余量小且均匀，使后续精加工工序的劳动量大大减小，提高了加工效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。