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简述电解磨削的原理及应用1. 什么是电解磨削？电解磨削（Electrochemical Grinding，ECG）是一种通过电化学反应和机械磨削相结合的加工方法。
它利用电解液中的电流通过工具与工件之间形成电化学反应，同时通过磨料流动和机械磨削的作用将工件表面的金属材料剥离。
这种加工方法具有高效、高精度、低加工温度和低表面硬化等优势，被广泛应用于精密加工、超精密加工和精密电加工等领域。
2. 电解磨削的原理电解磨削的原理基于电解作用和磨削作用的相互结合。
工具和工件分别作为阳极和阴极，通过电解液连接，并对电解液施加电压。
电解液中的离子会在工具与工件之间发生氧化还原反应，使工件表面的材料迅速溶解或氧化，同时通过机械磨削将剥离的材料清除。
3. 电解磨削的应用领域3.1 精密加工电解磨削由于其高精度和低热影响，被广泛应用于精密加工领域。
例如，在模具加工中，电解磨削可以实现对零件的精细修整、修边和光洁度提升。
另外，它还可以用于航空航天、光学仪器和微电子等行业的精密零件加工。
3.2 超精密加工在需要更高精度的应用中，电解磨削也发挥着重要作用。
例如，在光学工业中，电解磨削可以用于制造高精度的光学元件，如透镜和光栅。
此外，在微观元件加工中，电解磨削也可以用于制造微型器件和微流体芯片等。
3.3 精密电加工精密电加工是指利用电化学原理进行金属加工的方法，而电解磨削作为精密电加工的一种重要手段，被广泛应用于微细加工、微加工和精密成形等领域。
它可以制造复杂形状的微型零件和微型模具，如微型孔、微细浮雕和微型齿轮等。
4. 电解磨削的优势4.1 高效加工由于电解磨削可以通过电化学反应和机械磨削相结合，使工件表面的金属材料迅速溶解或氧化，减少了传统磨削中的磨削力和磨料磨损，从而提高了加工效率，节约了时间和成本。
4.2 高精度加工电解磨削的加工精度可达到亚微米级别，远远超过了传统磨削的精度。
这是因为电解磨削可以通过调节电流密度和电解液组分等参数，控制磨削速度和磨削精度，实现精密加工。
一：电解加工机床：是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。
加工时，工件接直流电源的正极，工具接负极，两极之间保持较小的间隙。
电解液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，并在电源电压下产生电流，从而形成电化学阳极溶解。
随着工具相对工件不断进给，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。
二：电解加工设备：是一个完整的配套系统，由机床、电源、输液系统以及控制系统四大部分组成，机床是设备的主体，进行电解加工的场域，其主要功能除安装、定位工件和工具电极并按需要送进工具电极外，还必须将加工电流和电解液输送到加工区。
本次设计的主要内容是完成该机床的机械本体、主传动系统、主轴系统、引电系统的三维造型设计。
并使电源以一定的方式提供工件发生阳极溶解需要的电能；电解液系统存储电解液。
三：机床在进行总体设计时：必须以该设备的工作条件，加工对象的特点和加工的基本要求作为总体设计的基础和出发点；同时要确定机床主要部分的功能、组成、基本方案和相互间的匹配关系，然后，一次为基础进行总体布局。
根据设计任务书的要求选定设备的总体规格、性能、技术要求；最后定出总体方案。
由于电解设备各部分的相对独立性较大且专业领域各异，因此总体设计对于确保设备的整体性能和水平是极为重要的一环，特别是各组成部分之间的相互匹配、协调尤为重要，这是电解加工设备设计的独特之处。
电解加工机床的各部分的选用是综合考虑了设计任务书提出的加工条件和工艺参数以及加工对象的精度、粗糙度、效率的要求之后确定的。
有些参数定量的计算主要是根据经验公式估算的，其中的经验系数均选自国内外先进机床的设计数据，有些已在设计过程及验算过程中被证实。
四设计内容:1)主轴系统设计：步进电机、轴承座、主轴、电刷等组成。
因此，主轴系统的设计主要是完成驱动主轴运动的电机的选型，减速器、联轴器的确定以及丝杠、轴承、导轨等主要零部件的设计计算及校核。
国外超精密数控机床概述20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。
人们通过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械加工工艺得到了迅速发展。
1962年，Union Carbide公司首先开发出的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精密镜面车削，尺寸精度达到士0.6 um，表面粗糙度为Ra0.025um，从而迈出了亚微米加工的第一步。
但是，金刚石超精密车削比较适合一些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。
用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂纹。
而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。
Union Carbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功的R-0方式的非球面创成加工机床。
这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角0和半径R，实现非球面的镜面加工。
加工直径达380mm，工件的形状精度为士0.63um，表面粗糙度为Ra0.025 um。
摩尔公司(Mood Special Tool)于1968年研制出带空气主轴的Moori型超精密镜面车床，但为了实现脆性材料的超精密加工，该公司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。
该机床采用空气主轴，回转精度径向为0.075pm；采用Allen-Braley 7320数控系统；X，Z 轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均在0.5um以内，B轴的定位精度在3600范围内是0.38um；采用金刚石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。
第四章电化学加工一、课内习题及答案1．从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？原则上要采用哪些措施才能实现？答：由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以控制微量、极薄层“切削”去除。
因此，电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。
但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。
主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级上就可以了。
但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。
2．为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？答：从电化学过程来说，凡是反应过程中原子失去电子成为正离子（溶入溶液）的，称为氧化，反之，溶液中的正离子得到电子成为中性原子（沉积在阴极上）的称为还原，即由正离子状态还原成为原来的中性原子状态。
例如在精炼电解铜的时候，在电源正极上纯度不高的铜板上的铜原子在电场的作用下，失去两个电子成为Cu2+正离子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu2+正离子在阴极上，得到两个电子还原成为原子而沉积在阴极上。
3．原电池、微电池、干电池、蓄电池中的正极和负极，与电解加工中的阳极和阴极有何区别？两者的电流（或电子流）方向有何区别？答：原电池、微电池、干电池和蓄电池中的正极，一般都是较不活泼的金属或导电体，而其负极，则为较活泼的金属。
例如干电池，正极为不活泼的石墨（碳）棒，负极为活泼金属锌，蓄电池的正极是不活泼的铅。
金属与导电液体形成的微电池中的正极往往是不活泼的碳原子或杂质。
两种活泼程度不同的金属（导电体）在导电溶液中发生电化学反应能产生电位差，电位较正的称为“正极”，流出电流（流入电子流），电位较低的流入电流（流出电子流）。
页码 1 — 6埃马克高精密电解加工（PECM）技术——应对难加工材料的解决方案汽车生产行业发展飞速，其趋势之一就是，建设新的生产基地，迎接新的挑战。
特别是南美和中国，正在建设大量的生产基地，这些基地的规划会受到多种需求的影响。
不仅需要建设具备创新技术和高度灵活的生产线来确保产量的提高（例如，每天出厂的乘用车数量），还要必须保障产品质量的不断提高。
因此，在研发更有效的新工艺方面，对机械工程设计行业的创新者们提出了更高的要求，而埃马克（EMAG）的PECM技术在对难加工材料制成的复杂零部件进行加工时拥有巨大的优势。
汽车工业、航空工业以及其他工业部门的发展为加工行业带来了巨大挑战，因为随着这些行业的发展和技术的进步，他们需要越来越多的难加工材料，以及制造更多具有特别复杂几何形状的新零部件。
制造这些零部件所需的新工艺必须能够保证高效的生产工艺，和保证绝对的工艺完整性。
关注高难度的加工要求在这种背景下，显而易见，生产计划人员必须要努力寻找新的创新性加工工艺。
同时人们经常会问：那些机械工程设计领域中的新技术能否应对不断增长的生产需求？对于这一问题，埃马克集团旗下的一家电解加工（ECM）技术公司EMAG ECM GmbH给出了一个特殊的答案。
埃马克的专家们利用他们称之为PECM的技术（“P”代表“精密”），进一步改进了该工艺。
他们从一开始就特别关注加工复杂零部件过程中所需的高难度任务。
正如EMAG ECM 技术销售主管理查德·凯勒所说：“在加工高强度合金时，许多用户至今仍依赖高速铣削和电火花放电加工。
但是这项技术有自己的劣势，比如，工具磨损非常大，而且产生高温对材料造成不良影响。
在PECM中，则不会存在这些问页码 2 — 6题，即使出现这些现象，所造成的影响也是微不足道的。
事实上，这正是该项工艺的特殊优势所在。
”高质量的工艺该项工艺具有出众的优势：加工高强度合金（又被称为“超级合金”）以及其它难加工材料时，工具基本上没有明显的磨损。
数控磨床操作规程一、前言数控磨床是一种高精度的磨削设备，适用于加工高难度和高精度的工件，如研制各种高速轴承、航空航天、汽车、机械等领域的工件的制造。
本文档旨在制定一份操作规程，规范数控磨床的使用，确保操作安全和磨削质量。
二、数控磨床的操作步骤1. 开机操作•将机床电源插头插入电源插座；•按下数控磨床电气柜上的“主电源”按钮。
2. 进入自动模式•调节主轴转速，主轴轴承预热5分钟以上，启动冷却水泵，在急停钮复位后，按回车键进入自动模式；•初始化数控磨床，输入加工工件的程序，调整加工工件的位置，调整好镜面和边角位置的触发器。
3. 磨削工件•点击“启动”按钮开始磨削工件；•磨削前，按规程进行测量，并控制电解液中砂轮和工件之间的间隙，调整加工工件的位置等。
4. 结束运行•磨削结束后，首先按下急停钮，使数控磨床停止运行；•等待镜面或边角修整完成并断电，将电源插头从插座中拔出。
三、数控磨床的维护保养数控磨床是一种高精度、精密的加工设备，要求操作人员在使用过程中要做好维护保养工作。
1. 清洁与润滑•经常清洗磨床和气动设备的减压阀、减震器和油雾分离器，以保持其灵活性和正常工作状态；•注意检查各个运动轴承的状态，喷涂适量的润滑油，确保运转稳定。
2. 常规检查•定期检查加工工件的磨损情况，及时更换磨削工具和配件；•检查各个部件的紧固程度，防止松动；•定期检查电控系统的连接是否良好，保证系统正常运行。
四、数控磨床的安全注意事项为了保障使用人员的人身安全和设备的正常运转，在操作数控磨床时需要注意一些安全事项。
1. 穿戴防护用品操作人员在操作前需穿戴防护用品，包括防护眼镜、手套、口罩等，以保障自身的安全。
2. 正确操作操作数控磨床时，必须按照规程要求，遵循正确的操作流程，避免出现操作错误带来的安全隐患。
3. 维护保养定期对数控磨床进行维护保养，检查设备的运转状态，防止发生故障。
4. 禁止离开操作人员不得轻易离开数控磨床，除非设备处于关闭状态。
电化学机床的原理与应用1. 电化学机床的概述电化学机床是一种利用电化学腐蚀原理进行加工的特殊机床。
它通过在工件与电极之间建立一定的电位差，使得工件上的金属离解并与周围液体中的离子发生化学反应，从而达到形成凹坑或者修复工件表面的目的。
2. 电化学机床的工作原理电化学机床的工作原理基于电化学腐蚀原理。
其工作流程如下： - 第一步：设定工件与电极之间的电位差。
- 第二步：将工件和电极浸入电解液中。
- 第三步：施加电位差，导致电流在工件与电极之间流动。
- 第四步：在电极表面发生电化学反应，使工件表面金属发生腐蚀或修补。
- 第五步：根据需要，适时改变电位差和电流密度，调节腐蚀速度和加工效果。
3. 电化学机床的应用领域电化学机床在以下领域有广泛的应用： - 高精度加工：电化学机床能够实现对精度要求极高的工件进行加工，例如微细结构、微孔、复杂曲面等。
- 高效修复：电化学机床能够修复金属表面的缺陷、损伤和腐蚀等问题，恢复工件的功能和美观。
- 防腐蚀涂层：电化学机床能够在金属表面形成一层防腐蚀涂层，提高工件的使用寿命。
- 制造微纳器件：电化学机床可用于制造微纳光电器件、微纳流体器件等，广泛应用于微纳技术领域。
4. 电化学机床的优势电化学机床相比传统加工方法具有以下优势： - 高精度：电化学机床能够实现微米级的加工精度，满足高精度工件的需求。
- 不产生热变形：由于电化学机床是在常温下进行加工，不会产生热变形问题，可以保证加工精度和形状的稳定性。
-安全环保：电化学机床采用水溶性电解液，无毒、无污染，符合环保要求。
- 适用性广：电化学机床不受工件材料的限制，可加工各种金属材料和合金。
5. 电化学机床的发展前景随着精密加工和微纳技术的发展，电化学机床的应用前景广阔。
未来，电化学机床有望在以下方面得到进一步发展： - 加工速度的提高：通过改进电化学机床的结构和参数优化，提高加工速度，进一步缩短加工周期。
- 加工范围的扩大：探索新的电化学加工方法，扩大电化学机床的加工能力，满足更多领域的需求。
电解加工设备的组成及特点电解加工设备的组成电解加工机床包括机床本体、整流电源、电解液系统三个主要实体以及相应的控制系统。
各组成部分既相对独立，又必须在统一的技术工艺要求下，形成一个相互关联、相互制约的有机整体。
正因为如此，相对于传统切削机床，电解加工机床具有其特殊性、综合性和复杂性。
电解加工机床的组成框图见图。
图电解加工机床的组成框图[4]Figure The composition diagram of the electrolytic processing machine电解加工设备的特点与常规切削机床不同，电解加工设备的相对独立性较大且专业领域各异，故各组成部分之间的相互匹配、协调尤为重要，并且鉴于电解加工的特殊工作条件，电解加工设备须具有以下特点：（1）机床刚性强。
目前，电解加工中广泛采用了大电流、小间隙、高电解液压力、高流速、脉冲电流及振动进给等工艺技术，造成电解加工机床经常处在动态、交变负荷下工作，要保证加工的高精度和稳定性，就必须拥有很强的静态和动态刚性。
（2）进给速度特性硬、调速范围宽。
应控制进给速度的变化量（工作进给的刚性）及进给速度范围。
（3）设备耐腐蚀性好。
机床工作箱及电解液系统的零部件必须具有良好的抗化学和电化学腐蚀能力。
其他零部件（包括电气系统）也应具有对腐蚀气体的防腐蚀能力。
（4）机床精度高。
以确保加工过程中工具阴极与工件之间相对位置的准确性。
（5）电气系统抗干扰性强。
机床运动部件的控制和数字显示系统应确保所有功能不相互干扰，并能抵抗工艺电源大电流通断和极间火花的干扰。
（6）大电流传导性好。
加工中需传输大电流，因而必须尽量降低导电系统线路压降，以减少能耗，提高传输效率。
（7）整体配套性好。
设备应成套、完整，特别是电解液系统及测试系统。
（8）通用性强。
电解加工设备成本较高，一次投资较大，而加工对象大部分属于小批量多品种生产，因而为保证设备的利用率和经济性，就要求机床的通用性强。
电解磨削加工设备组成一、引言电解磨削加工是一种高效、精密的金属加工方法，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造等领域。
电解磨削加工设备是实现电解磨削加工的关键工具，由多个组成部分组成。
本文将对电解磨削加工设备的组成进行详细介绍。
二、电解磨削加工设备组成1. 电解磨削机床电解磨削机床是电解磨削加工设备的核心部分，主要包括床身、主轴、工作台等组件。
床身是机床的主体结构，承载着各个部件的安装和定位；主轴是电解磨削加工的动力来源，通过旋转带动磨削工具进行加工；工作台用于固定工件，保持加工时的稳定性。
2. 电解磨削电源电解磨削电源是电解磨削加工设备的能量供应装置，主要由电源控制器、电解液供给系统和电解磨削电极等组件组成。
电源控制器负责对电解磨削过程中的电流、电压进行控制和调节；电解液供给系统用于提供电解液，保持加工过程的稳定性；电解磨削电极是电解磨削加工中负责与工件接触的部件，通过电解作用实现磨削效果。
3. 过滤系统过滤系统是电解磨削加工设备中的重要组成部分，用于过滤和循环使用电解液。
过滤系统主要包括过滤器、泵、储液箱等组件。
过滤器能够有效去除电解液中的杂质和磨粒，提高加工质量；泵负责将过滤后的电解液送回加工区域，保持电解液的循环使用；储液箱用于存放和调节电解液的供应。
4. 控制系统控制系统是电解磨削加工设备的智能化核心，用于实现加工参数的控制和调节。
控制系统主要包括数控系统、人机界面、传感器等组件。
数控系统通过预设的加工程序控制机床的运动轨迹和加工参数；人机界面提供操作界面，方便操作人员对加工过程进行监控和调节；传感器用于实时监测加工状态和工件尺寸，提供反馈信息。
5. 冷却系统冷却系统是电解磨削加工设备中的重要组成部分，用于降低加工过程中产生的热量。
冷却系统主要包括冷却液供给装置、冷却管路和冷却装置等组件。
冷却液供给装置负责提供冷却液，保持加工区域的温度稳定；冷却管路将冷却液送至加工区域，并将加工过程中产生的热量带走；冷却装置通过散热的方式将冷却液的温度降低。
内部资料注意保密前言本教材突出职业教育的特色，坚持“理论够用、实用为主”的培养原则，加强教学的实用性和实践性,切实做到教学内容与生产实际紧密结合，培养解决生产实际问题和动手操作能力，以便于适应在新形势下对企业专业技术素质提高的要求。
为此，编写此教材。
本教材内容具有“由浅入深、理论与实践相结合、图文并茂、便于阅读”的鲜明的实用性特点,去掉减少了复杂的计算公式的推导过程和机床工作原理的数学分析内容。
以机床的典型部件结构、拆装方法、关键部位调整方法、常见故障分析及排除方法及机床保养等为主要内容。
增加了数控磨床的结构简介、调整维护方法、参数的优化、故障分析及排除方法等章节。
本教材在编写过程中得到济南四机数控机床有限公司主要领导及装配车间领导有力的支持,并得到技术部门领导及广大工程技术人员大力协助。
为此表示衷心感谢。
通过对本教材的学习,希望可以掌握如下技能：（1）、能够了解磨床主要部件的结构原理。
(2）、能够根据零件的加工误差，合理优化相关参数。
(3)、能够正确操作机床和维护保养机床。
（4)、能够排除机床常见的故障。
(5）、能够较熟练对数控磨床拆装修理。
由于编者水平所限，本教材中很可能有不足之处，希望有识之士提出批评指正,便于改进。
本教材只限于磨床方面内容,所以内容篇章不会太多,主要以数控磨床和普通外圆磨床为主来编制。
特此说明。
编者第一篇机械部分目录前言－-----------－－-----－－------------－--－---－－--------－----－-－----------------－-－－－---－－----－- －1目录----------－－－--------－----－--－----－-------------－---－-------－－-－-－---－-------------－－----－--2第一章机床的分类--－---------------－------－－-－--－－－－-－---－---------－-－-－--－--－---－－---- 3第一节通用机床的分类-----－--－－------------------－－－------－－-----－－-－-----－---－－3第二节数控机床的分类---－--－－----－---－--－------－----－-------－-－-----－-－－--------4第二章普通外圆磨床典型部件的结构及故障分析、排除方法-----－－---－---－--6第一节Ｍ１412×２５0型万能外圆磨床典型部件结构--－--－--－-----－-－---－---－６一、砂轮架----－------－－--------－--－-－------－-－-－-----------6二、头架-－－－-－－-－-------－-－----－－----－-－-－---－-－-----－-－-8第三章数控外圆磨床典型部件的结构及故障分析、排除方法-－--------－---－－--9第一节数控机床的组成-----－--－-----－-----------－---------－-------－---－-----－-----９第二节MKS1620×5００数控高速端面外圆磨床典型部件结构---－-－--9第四章数控外圆磨床与普通外圆磨床常见故障及排除方法---－－--－－－-------－---１２第一节数控外圆磨床常见故障及排除方法--－－－-－－-－-－----------－－-－--－---－-－-１2第二节普通外圆磨床常见故障及排除方法－－--－-－-----－-----－－---－－--------－-－13第五章设备的维护保养－----－---－---－-－-－-－－－-－－--－－－-－-－----------－－--－-----－－-－－－-----－16第一节设备管理-－-------－--－---------－－----－--－----－---------------－－-－－--------－-－－１６第二节设备维护保养---－－-－－--－--－----－--－--－----－－--－－----－----－-－-－--－------－---－16第三节普通外圆磨床和数控外圆磨床维护保养内容－-－------－--－-----－----－-1７结束语－---－---------------－--－---－---------－------－－------－-----－－-－-－---－－--------------－--－－--18第二篇电气部分目录附后第一章机床的分类由于金属切削机床的规格、品种较多，为了便于区分、使用和管理，因此对机床进行分类和编号。
JCO成型机压模六缸MX4同步数控技术分析陈亮【摘要】In order to solve the overpressure alarm malfunction of imported JCO make-up machine in practical application and understand the issues of poor tube blank opening and ovality, numerical control MX4 synchronous control process was systematically analyzed. By analyzing the drawing , confirming the hardware control principle between numerical control MX4 correlation axis, system power source flow valve, pressure valve and servo control valve, and reversely analyzing MX4 numerical control programs, the numerical control logical process of die shank leveling was concluded, procedure and key points of MX4 synchronously controlling upper beam up and down were analyzed, and the conditions of overpressure alarm in pressing process were confirmed. Finally, the process parameter adjustment of poor opening of tube blank after pressing was qualitatively guided.%为了更好解决进口JCO成型机在实际使用中出现的超压报警故障,了解成型后管坯开口不良和椭圆度问题,对JCO成型机数控MX4同步控制过程进行了系统分析.通过分析图纸、确定数控MX4相关轴与系统动力源流量阀、压力阀及伺服控制阀之间硬件控制的原理,逆向分析MX4数控程序,对模柄找平的数控逻辑过程进行了归纳,分析出MX4同步控制上梁上升及下压过程的流程及部分关键点,确定了压制过程中出现压力超差报警的触发条件,得出MX4控制横梁基准倾斜度的数学模型.最后,对压制后相关异常开口管坯的工艺参数调整做了定性指导.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】6页(P40-45)【关键词】焊管;JCO;成型机;MX4;同步;油缸【作者】陈亮【作者单位】中国石化石油机械股份有限公司沙市钢管分公司,湖北荆州434001【正文语种】中文【中图分类】TE333.93目前，MEER JCOE成型机控制系统使用力士乐32轴数控MX4作为控制核心，在实际使用中，常出现上梁六缸同步控制过程中压力超差报警、管坯开口不良等情况，这些情况容易导致管形直度和椭圆度超标问题。
4轴联动数控展成电解磨床的研制ΞDevelopment of4-Axis Controlled CNC Electrochemical Grinding Machine干为民 徐家文 云乃彰 严德荣(南京航空航天大学)摘 要:介绍了数控电解磨床的结构、组合式多轴联动数控系统以及展成磨削复杂曲面的数学模型。
关键词:数控展成 电解磨床 整体叶轮 整体叶轮是火箭发动机、飞机发动机以及航空机载设备的重要零件之一。
整体叶轮工作在高温、高压、高转速条件下,选用材料多为不锈钢、高温耐热合金和钛合金等难切削材料,再加上其为整体结构,带有复杂型面的叶片,使得它的制造非常困难,成为航空制造技术中的关键。
目前,整体叶轮的制造方法有精密铸造、数控铣和特种加工。
不管采用哪一种方法,加工余量都比较大,一般要靠手工抛光去除余量来达到叶型的形位、尺寸精度。
手工抛光主要存在以下一些问题:叶型精度难以保证,废品率高;要求工人技艺水平高;劳动生产率低,成本高;工人劳动条件恶劣,噪声大,粉尘污染严重,而且易出现工伤事故。
采用多轴联动数控展成电解磨削可以很好地解决整体叶轮的精加工问题。
1 4轴联动数控展成电解磨削机床111 展成运动分析为了实现整体叶轮复杂型面的电解磨削加工,导电磨轮相对于工件的展成运动必须是多轴联动。
展成运动可分解为X、Y和Z向三个直线运动分量以及绕Z轴和Y轴的两个转动分量,其中前4个运动分量需要4轴联动,最后一个为匀速转动(图1)。
图1 导电磨轮的展成运动112 展成运动的实现根据加工整体叶轮的要求,已设计、制造出多轴联动数控电解磨床(获国家实用新型专利,专利号: 9623107217)。
该机床运动机构的功能如下(图2):(1)导电磨轮相对于工件的Z轴方向直线运动分量,由机床导电磨轮弹性支承带动导电磨轮沿Z轴的直线运动来实现(0.0005mm/脉冲);图2 数控展成电解磨床的运动分布(2)导电磨轮相对于工件的X轴方向直线运动分量,由机床工作台带动工件沿X轴的直线运动来实现(0.001mm/脉冲);(3)导电磨轮相对于工件的Y轴方向直线运动分量,由机床工作台带动工件沿Y轴的直线运动来实现(0.001mm/脉冲);(4)导电磨轮相对于工件的转动分量,由机床工作台转盘绕其心轴C w的转动来实现,工件的分度运动也由机床工作台转盘绕其心轴C w的转动来完成(0.001°/脉冲);(5)导电磨轮的磨削运动为绕Y轴的匀速转动。
113 组合式多轴联动数控系统在满足公差要求的前提下,叶片上由型值点坐标给出的型面有相当一部分可以用直纹面来近似。
所以这类零件的加工可以采用直线刃边的展成加工来实现。
在磨削加工过程中,导电磨轮沿各联动轴分别作均匀进给运动(包括直线运动和转动),数控系统为各轴的驱动电动机均匀分配输入脉冲。
数控展成电解磨・91・制造技术与机床2002年第3期 Design and R esearch设计与研究Ξ九五国防科技预研项目削加工的导电磨轮相对于工件的展成运动,就是由数控系统控制步进电动机带动机床的运动机构来实现的。
图3 经济型多轴联动数控系统该数控系统由经济型二轴数控单元组合而成,称组合式多轴联动数控系统(图3)。
该设计思想的核心是以单个数控单元相对独立地控制单个联动轴,由多个单轴的简单运动组合成复杂的多轴联动。
而机床的多轴联动主要通过独特的数控编程方案来实现:首先通过计算将导电磨轮轴线的运动轨迹以运动分量的形式分配给各联动轴。
然后为控制每根轴的数控单元确定一个共同的基准轴,在此基础上对各个数控单元分别编程,以保证每个数控单元具有相同的运行周期,每个联动轴具有相同的运动时间。
由于各数控单元之间是相对独立的,它们在加工过程中同时工作,实现了对机床各轴的并行控制,这与集中式微处理器数控系统依靠分时进行多轴控制的工作方式不同,是真正的多轴联动。
这样,只要在加工开始的时候,使所有数控单元同时起动,即可按预定的运动轨迹实现展成加工。
为了达到各数控单元同时起动的目的,为整个数控系统制作了一个总的起动按钮,在加工开始时刻按下该按钮,统一的起动信号将同时传送给组成系统的各数控单元,从而保证各数控单元同时起动。
这种组合式多轴联动数控具有明显的优点:(1)它可以十分方便地扩展以控制任意数目的联动轴,并且可以加入额外的数控单元专门用于控制机床的辅助功能;(2)组成系统的每一个数控单元仍具有相当程度的独立性,可以依据加工需要分别对各数控单元的加工程序作适当的调整;(3)它可以适用于各种数控加工机床。
该经济型多轴数控系统及其联动控制方法获国家发明专利(公开号:C N1155111A ,2000年11月10日批准)”2 线接触成形加工复杂曲面数学模型[1～3]211 一块子包络面ˇS j 的生成由于受传统的曲面加工和检测方法的限制,至今大部分曲面还是用平行面截形线上的离散点来定义。
一块子包络面ˇS j ,就是在一个回转包络面上含有两条复杂曲面上的平面截形线。
下面以圆锥磨轮为例,来建立形成ˇS j 子包络面的磨轮轴线轨迹数学模型。
显然,只要使圆锥磨轮在移动中始终与这两条截形线相切,这样加工出来的曲面就必定会有这两条截形线。
对于用其它方法描述的复杂曲面,可以先拟合成一个孔斯(C ons )曲面[4],再用平行平面去截,同样可得到一组截形线。
现把磨轮要保持相切的两条平面截形线(以叶盆为例)定义为Z 1=f 1(x 1)Y 1=C 1Z 2=f 2(x 2)Y 2=C 2式中:C 1、C 2为常数,若磨轮与这两条截形线相切的切点坐标分别为(X 1,Y 1,Z 1)和(X 2,Y 2,Z 2),则磨轮轴线运动轨迹应满足方程f j (X ,Y ,Z ,γv ,β0,X 1,Y 1,Z 1,X 2,Y 2,Z 2,R 1,R 2)=0式中:γv =γv (X )、β0=β0(X )是确定磨轮轴线的两个方位角;R 1、R 2为圆锥磨轮的小头和大头的半径(常数);X 、Y 、Z 为磨轮轴线上的定点坐标。
根据磨轮前端的约束条件通常为一空间曲面,故再增加一个约束方程f (X ,Y ,Z )=0 又根据磨轮沿曲面平坦方向放置[5],且使磨轮按一定方向移动,因此可预先给出γv =γv (X )的变化规律。
联解上述方程组,便得到磨轮轴线运动轨迹。
磨轮如按此轨迹运动便生成一块子包络面ˇS j 。
该面是通过前后两截形线的光滑曲面。
212 整体复杂曲面加工磨轮轨迹数学模型上述讨论仅仅解决了磨轮与前后两条截形线相切的磨轮轨迹数学模型。
实际上,只用两条截形线来描述,即仅用最前最后两条截形线来构造一块包络面,那么中间截形线就可能与此包络面有较大的偏差。
经过检查,此偏离没有超出允许的误差,当然也是可以接受的。
但这种情况没有代表性,通常需要多个包络面的拼合来逼近一个复杂曲面。
此包络面的拼合记为ˇS ,其方程为Y =F (X ,Z )。
此时拼合面可以看作各子包络面的拼集ˇS =U nj =1ˇS j式中n 为拼合块数。
此外,还要考虑前约束方程的建立、接口处的误差・02・设计与研究Design and R esearch 制造技术与机床2002年第3期并联驱动丝杠的浮动支承设计ΞDe sign of the Floating Bearing for Parallel Driving Lead Screw樊泽明 黄玉美 高 峰 彭中波 史文浩(西安理工大学)摘 要:在研究并联机床P 关节(直线移动关节)结构形式的基础上,提出并设计了一种可以抑制丝杠横向振动的浮动支承。
关键词:并联机床 浮动支承 振动 滚珠丝杠1 前言 并联机构主要由杆件组成,重量轻,因此末端执行件的运动速度可以很高[1]。
将并联机构用于数控机床,可以大大提高其运动部件的进给速度,这是近年来并联机床受人注目的重要原因之一。
但是并联机构自身的阻尼很小,故对振动抑制不利[2]。
另一方面,在利用其重量轻、速度快等优点的同时,又带来了因很大的加减速度而出现的振动力问题。
此外,由于并联机构是由众多杆件组成的[3],其振动比较复杂,因此并联机构的振动问题是一个亟待解决的问题。
并联机构的P 关节(直线运动)有很多种驱动形式,例如:液压驱动杆作轴向运动;电动机驱动丝杠,再通过安装在滑台上的关节带动杆移动;电动机带动丝杠回转,通过螺母带动杆作直线移动。
图1的P 关节驱动形式属于后者:丝杠的支承为固定支承,承受径向和轴向载荷,丝杠螺母副和固定在螺母上的丝杠套筒及其导向机构共同组成P 关节。
此结构中,一方面,丝杠高速回转,丝杠套筒沿导向机构直线移动而不转动;另一方面,丝杠套筒比较长,其圆柱度误差比较大。
故而在丝杠的末端和丝杠套筒之间不能用固定支承。
因此丝杠只有一端有支承。
当悬伸图1 电动机直接驱动P 关节较长的丝杠(图1中螺母丝11浮动支承 21导向机构杠副中的螺母运动至上方时)31压盖 41丝杠固定支承高速回转及加减速时,均有51支座 61丝杠螺母副 可能出现较大的横向振动。
71丝杠套筒 本文从增强阻尼及提高横向抗振刚度的立场出发,提出并设计了一种可以抑制横向振动的浮动支承。
控制、磨轮杆的干涉检查、磨轮杆与邻近曲面的干涉以及圆锥磨轮半径和长度的确定等问题。
3 结语 通过采用正交试验法设计试验方案,优选出最佳工艺方案,机床的加工精度满足整体叶轮的技术要求,表面粗糙度R a0.8～0.2μm ,加工效率比手工抛光高19倍左右。
数控展成电解磨削也可以加工一些具有复杂型面的高硬度的零件,例如各种硬合金刀具、量具、模具等。
随着我国科学技术的飞速发展,一些尖端科学部门和新兴工作领域的许多装备常在高温、高压以及恶劣环境中工作。
因而高硬、难熔及具有特殊物理性能的材料得到广泛应用,材料愈来愈难以加工。
这必将为数控展成电解磨削这一新技术提供广阔的应用前景。
参考文献1 Liu X W.Five-axis NC cylindrical milling of sculptured surface.C om puter-Aided Des ,1995,27(12)2 王清辉等1直纹面叶型整体叶轮五坐标数控编程算法研究1航空工艺技术11998(1)3 赵宗平1线接触加工整体叶轮叶片的一种刀位算法及应用1北京航空学院学报,1988(3)4 施法中1计算机辅助几何设计与非均匀有理B 样条1北京:北京航空航天大学出版社,199415 赵宗平1曲面的平坦方向1北京航空航天大学学报,1991(1)第一作者:干为民,南京航空航天大学326信箱,邮编:210016,电话:(025)4890963(编辑 吕伯诚) (收稿日期:2000-12-28) ・12・制造技术与机床2002年第3期 Design and R esearch 设计与研究Ξ国家自然科学基金资助项目(50075069)。
