基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，包括電化學(xué)磨削模塊、在線電解修整模塊、電源、電解液供給裝置和控制器，電化學(xué)磨削模塊包括工件安裝架、工件電解修整裝置和工件驅(qū)動(dòng)裝置；在線電解修整模塊包括砂輪、砂輪電解修整裝置和砂輪驅(qū)動(dòng)裝置，砂輪的外圓與工件的外圓相切；電解液供給裝置設(shè)置多個(gè)出液口，工件與砂輪的接觸點(diǎn)處上方、工件電解修整裝置與工件接觸處上方以及砂輪電解修整裝置與砂輪接觸處上方均排布出液口；電源的陰極分別與工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置連接、電源的陽(yáng)極分別與工件和砂輪連接；工件驅(qū)動(dòng)裝置與所述的砂輪驅(qū)動(dòng)裝置均受控于控制器。本實(shí)用新型有益效果是：提高工件加工精度一致性，減少工序，提高效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)機(jī)械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工往往作為機(jī)械加工的終極環(huán)節(jié)，其加工性能直接影響到工件的加工質(zhì)量，因此磨削加工在整個(gè)加工業(yè)中的地位日益提高。在現(xiàn)有機(jī)床設(shè)備的條件下，利用傳統(tǒng)的磨削加工方法其加工精度和加工效率難以大幅度提高，如何采用新工藝，新技術(shù)，高精度、高效率、低成本地完成磨削過(guò)程，成為磨削加工的主要任務(wù)，同時(shí)也成為提高精加工領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的主要手段。
[0003]例如軸承滾道是軸承的主要工作面，對(duì)于高性能滾動(dòng)軸承而言，其滾道在具有高形狀精度的同時(shí)，必須具有抗磨損、低摩擦系數(shù)和高疲勞強(qiáng)度等特性，因此，軸承滾道必須具有非常光滑的表面和高表面完整性。軸承滾道的傳統(tǒng)加工工序是:毛坯成型一車(chē)削一軟磨精整一熱處理一磨削一滾道表面超精研。精磨階段，由于磨削力和磨削熱的作用，易形成表面變質(zhì)層，直接影響了軸承的性能及壽命。因此，還需要對(duì)滾道進(jìn)行兩道超精研加工，以進(jìn)一步去除加工變質(zhì)層及改善表面粗糙度和形狀精度。由于工藝過(guò)程復(fù)雜，影響加工效率和加工質(zhì)量的因素眾多，工藝條件難以保持一致，從而造成滾道的加工精度和精度一致性難以保證。
[0004]超精密磨削技術(shù)就是為適應(yīng)高精度高表面質(zhì)量的加工需要而發(fā)展起來(lái)的，超精密磨削具有較高的加工效率并可獲得高度的鏡面，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前比較常用而且能夠得到很好表面質(zhì)量的加工方法是在線電解修整(ELID)磨削方法、電化學(xué)(電解)磨削(ECG)方法。在線電解修整磨削方法(ELID)的原理是在磨削過(guò)程中利用電解作用對(duì)金屬結(jié)合劑砂輪進(jìn)行在線的精細(xì)修整，從而獲得極高的加工精度和表面質(zhì)量。但在進(jìn)行切入式磨削時(shí)不夠穩(wěn)定，加工效率不高，而且磨削時(shí)形成的鋼屑嵌入砂輪表面，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)砂輪結(jié)合劑進(jìn)行有效電解，進(jìn)而影響磨削效率和表面質(zhì)量。電化學(xué)磨削(ECG)的優(yōu)勢(shì)是能在一道工序內(nèi)將工件表面粗糙度大幅降低，而且電化學(xué)(電解)磨削加工既可保證良好的加工精度和表面質(zhì)量，又可獲得較高的加工效率。但是在加工過(guò)程中砂輪表面磨粒不能保持良好的等高性，會(huì)導(dǎo)致因磨削深度不易精確控制而造成的過(guò)磨削現(xiàn)象。另外，砂輪磨損后需要離線修整，影響了加工效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)目前的在線電解修整(ELID)磨削裝置、電化學(xué)(電解)磨削(ECG)裝置在加工過(guò)程中砂輪表面磨粒不能保持良好的等高性，會(huì)導(dǎo)致因磨削深度不易精確控制而造成的過(guò)磨削的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種能實(shí)現(xiàn)工件表面的高質(zhì)量、高精度、高一致性和高效率的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備。
[0006]本實(shí)用新型所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:包括電化學(xué)磨削模塊(EMG)、在線電解修整模塊(ELID)、電源、電解液供給裝置和控制器，所述的電化學(xué)磨削模塊包括工件安裝架、工件電解修整裝置和工件驅(qū)動(dòng)裝置；所述的在線電解修整模塊包括砂輪、砂輪電解修整裝置和砂輪驅(qū)動(dòng)裝置，所述的砂輪的外圓與工件的外圓相切；所述的電解液供給裝置設(shè)置多個(gè)出液口，所述的工件與砂輪的接觸點(diǎn)處上方、所述的工件電解修整裝置與工件接觸處上方以及砂輪電解修整裝置與砂輪接觸處上方均排布出液口 ；所述的電源的陰極分別與所述的工件電解修整裝置和所述的砂輪電解修整裝置連接、所述的電源的陽(yáng)極分別與所述的工件和所述的砂輪連接；所述的工件驅(qū)動(dòng)裝置與所述的砂輪驅(qū)動(dòng)裝置均受控于所述的控制器。
[0007]所述的工件電解修整裝置與所述的工件外圓間隙匹配、所述的砂輪電解修整裝置與所述的砂輪外圓間隙匹配。
[0008]所述的設(shè)備配置兩套獨(dú)立的電源，其中一個(gè)所述的電源的陰極與所述的工件電解修整裝置連接、陽(yáng)極與所述的工件連接；另一個(gè)所述的電源的陰極與所述的砂輪工件電解修整裝置連接、陽(yáng)極與所述的砂輪連接。
[0009]所述的電解液供給裝置設(shè)置3個(gè)出液口，且第一個(gè)出液口位于工件與砂輪的接觸點(diǎn)處上方，第二個(gè)出液口位于電解修整裝置與工件接觸處上方、第三個(gè)出液口位于電解修整裝置與砂輪接觸處上方。
[0010]所述的工件的旋轉(zhuǎn)方向與所述的砂輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0011]所述的工件的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，所述的砂輪的旋轉(zhuǎn)方向逆時(shí)針。
[0012]所述的砂輪采用金屬結(jié)合劑立方氮化硼(CBN)砂輪。
[0013]所述的電解液采用AFG-M冷卻液。
[0014]所述的電源采用高頻脈沖電源HDMD-1V。
[0015]工作原理:電解液供給裝置源源不斷的送出電解液，砂輪與電源的陽(yáng)極相接，利用電解作用使砂輪表面的結(jié)合劑生成氧化膜并通過(guò)與工件的機(jī)械作用去除，使鈍化的磨粒易于脫落，露出內(nèi)部的新磨粒，從而使砂輪表面始終具有鋒利的磨粒，可以實(shí)現(xiàn)高精度的表面質(zhì)量和較高的磨削效率；同時(shí)，工件與電源的陽(yáng)極相接，外圓工件表面在電解作用下被氧化為一層極薄的氧化膜，并迅速的被砂輪的機(jī)械作用去除，露出新的表面，繼續(xù)被電解；由于金屬去除主要是靠電化學(xué)作用，機(jī)械作用主要是去除陽(yáng)極氧化膜，而不對(duì)工件的基體材料進(jìn)行磨削，因此，能夠獲得更高的表面質(zhì)量和加工效率；磨削過(guò)程中利用電解作用砂輪進(jìn)行在線的精細(xì)修整；砂輪結(jié)合劑在電解作用下電離溶解，使得砂輪表面的磨粒突出；同時(shí)，在砂輪結(jié)合劑表面生成一層致密而絕緣的氧化膜，減緩砂輪結(jié)合劑的進(jìn)一步電解；隨著磨削加工的進(jìn)行，表面的磨粒因磨損而脫落，生成的氧化膜也因被工件摩擦而變??；此時(shí)，對(duì)砂輪結(jié)合劑表層的電解再次恢復(fù)，新的磨粒露出。如此循環(huán)，使磨具表面始終保持有鋒銳的磨粒和一定的容屑空間，從而在獲得極高的加工精度和表面質(zhì)量的情況下保持高效率；工件(陽(yáng)極)表面的金屬在電流和電解液的作用下發(fā)生電解作用，被氧化成為一層氧化薄膜；產(chǎn)生的氧化薄膜迅速被砂輪的機(jī)械作用刮除，工件上又露出新的金屬表面并繼續(xù)被電解作用；在磨削過(guò)程中，金屬去除主要是靠電化學(xué)作用，磨削作用主要是去除陽(yáng)極氧化膜；這樣由電化學(xué)作用和刮除薄膜的磨削作用交替進(jìn)行，使工件連續(xù)地被加工，直至達(dá)到一定的尺寸精度和表面粗糙度；此加工的優(yōu)勢(shì)是能在一道工序內(nèi)將工件表面粗糙度大幅降低；加工既可保證良好的加工精度和表面質(zhì)量，又可獲得較高的加工效率。[0016]基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，按照以下步驟進(jìn)行操作:
[0017](I)將電源的陰極分別與工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置連接、電源的陽(yáng)極分別與工件和砂輪連接，使得工件和砂輪同時(shí)作為電解對(duì)象，砂輪和工件作為陽(yáng)極、工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置作為陰極；
[0018](2)在電解液供給裝置中加入足量的電解液；
[0019](3)開(kāi)啟整個(gè)設(shè)備，在控制器中設(shè)定好工件的加工條件后運(yùn)行整個(gè)設(shè)備，對(duì)砂輪實(shí)行在線電解修整(ELID)的同時(shí)對(duì)工件表面實(shí)行電化學(xué)磨削(ECG):電解液供給裝置的出液口不斷流出的電解液覆蓋到砂輪和工件表面，砂輪與工件表面均形成一層氧化膜后通過(guò)砂輪與工件的機(jī)械摩擦作用，使得砂輪和工件表面的氧化膜不斷更新，從而對(duì)工件的表面進(jìn)行磨削。
[0020]整個(gè)設(shè)備的加工條件為:電解液經(jīng)1:50稀釋?zhuān)拜嗈D(zhuǎn)速調(diào)到1050rpm、工件轉(zhuǎn)速lOOrpm，設(shè)備的電壓為120V、電流為48A，電解液的供給量為20_30L/min。
[0021]本實(shí)用新型有益的效果為:1)雙電解磨削過(guò)程中，由于磨削的對(duì)象是工件表面的氧化膜，而不會(huì)影響到工件的基體材料，從而能獲得極高的表面質(zhì)量和加工效率；2)砂輪的磨損更少，提高了砂輪的精度保持性；3)由于得到了在線修整，砂輪表面可以一直保持良好的鋒銳性和磨粒等高性，避免了采用普通砂輪進(jìn)行ECG加工時(shí)，由于磨削深度不易精確控制而造成的過(guò)磨削現(xiàn)象；4)在加工過(guò)程中，由于工件是電解加工，去除的是工件表面的氧化膜，從而避免了在線電解修整磨削時(shí)形成的鋼屑嵌入砂輪表面，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)砂輪的結(jié)合劑進(jìn)行有效電解，進(jìn)而影響磨削效率和表面質(zhì)量的問(wèn)題；5)雙電解加工系統(tǒng)的設(shè)備比較簡(jiǎn)易，可以在普通磨床上構(gòu)建其加工系統(tǒng)。并且通過(guò)對(duì)工件和砂輪的電解液配方的優(yōu)化，可以對(duì)工件和砂輪使用同一種電解液；同時(shí)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，電化學(xué)磨削模塊和在線修整磨削模塊也可以使用同一個(gè)電源，簡(jiǎn)化其設(shè)備系統(tǒng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的雙電解磨削加工原理示意圖。
[0023]圖2是本實(shí)用新型使用一個(gè)電源加工原理圖。
[0024]圖3是本實(shí)用新型的工件的電解作用示意圖(-Ve代表金屬負(fù)離子；+代表金屬正離子)。
[0025]圖4是本實(shí)用新型的砂輪的電解作用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型
[0027]參照附圖:
[0028]實(shí)施例1本實(shí)用新型所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，包括電化學(xué)磨削模塊(EMG) 1、在線電解修整模塊(ELID)2、電源3、電解液供給裝置4和控制器，所述的電化學(xué)磨削模塊I包括工件安裝架11、工件電解修整裝置12和工件驅(qū)動(dòng)裝置；所述的在線電解修整模塊2包括砂輪21、砂輪電解修整裝置22和砂輪驅(qū)動(dòng)裝置，所述的砂輪21的外圓與工件5的外圓相切；所述的電解液供給裝置4設(shè)置多個(gè)出液口 41，所述的工件5與砂輪21的接觸點(diǎn)處上方、所述的工件電解修整裝置12與工件5接觸處上方以及砂輪電解修整裝置22與砂輪21接觸處上方均排布出液口 41 ;所述的電源3的陰極分別與所述的工件電解修整裝置12和所述的砂輪電解修整裝置22連接、所述的電源3的陽(yáng)極分別與所述的工件5和所述的砂輪21連接；所述的工件驅(qū)動(dòng)裝置與所述的砂輪驅(qū)動(dòng)裝置均受控于所述的控制器。
[0029]所述的工件電解修整裝置12與所述的工件5外圓間隙匹配、所述的砂輪電解修整裝置22與所述的砂輪21外圓間隙匹配。
[0030]所述的設(shè)備配置兩套獨(dú)立的電源3，其中一個(gè)所述的電源3的陰極與所述的工件電解修整裝置12連接、陽(yáng)極與所述的工件5連接；另一個(gè)所述的電源3的陰極與所述的砂輪工件電解修整裝置22連接、陽(yáng)極與所述的砂輪21連接。
[0031]所述的電解液供給裝置4設(shè)置3個(gè)出液口 41，且第一個(gè)出液口位于工件與砂輪的接觸點(diǎn)處上方，第二個(gè)出液口位于工件電解修整裝置12與工件接觸處上方、第三個(gè)出液口位于砂輪電解修整裝置22與砂輪接觸處上方。
[0032]所述的工件5的旋轉(zhuǎn)方向與所述的砂輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0033]所述的工件5的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，所述的砂輪21的旋轉(zhuǎn)方向逆時(shí)針。
[0034]所述的砂輪21采用金屬結(jié)合劑立方氮化硼(CBN)砂輪。
[0035]所述的電解液采用AFG-M冷卻液。
[0036]所述的電源3采用高頻脈沖電源HDMD-1V。
[0037]工作原理:電解液供給裝置源源不斷的送出電解液，砂輪與電源的陽(yáng)極相接，利用電解作用使砂輪表面的結(jié)合劑生成氧化膜并通過(guò)與工件的機(jī)械作用去除，使鈍化的磨粒易于脫落，露出內(nèi)部的新磨粒，從而使砂輪表面始終具有鋒利的磨粒，可以實(shí)現(xiàn)高精度的表面質(zhì)量和較高的磨削效率；同時(shí)，工件與電源的陽(yáng)極相接，外圓工件表面在電解作用下被氧化為一層極薄的氧化膜，并迅速的被砂輪的機(jī)械作用去除，露出新的表面，繼續(xù)被電解；由于金屬去除主要是靠電化學(xué)作用，機(jī)械作用主要是去除陽(yáng)極氧化膜，而不對(duì)工件的基體材料進(jìn)行磨削，因此，能夠獲得更高的表面質(zhì)量和加工效率；磨削過(guò)程中利用電解作用砂輪進(jìn)行在線的精細(xì)修整；砂輪結(jié)合劑在電解作用下電離溶解，使得砂輪表面的磨粒突出；同時(shí)，在砂輪結(jié)合劑表面生成一層致密而絕緣的氧化膜，減緩砂輪結(jié)合劑的進(jìn)一步電解；隨著磨削加工的進(jìn)行，表面的磨粒因磨損而脫落，生成的氧化膜也因被工件摩擦而變薄；此時(shí)，對(duì)砂輪結(jié)合劑表層的電解再次恢復(fù)，新的磨粒露出。如此循環(huán)，使磨具表面始終保持有鋒銳的磨粒和一定的容屑空間，從而在獲得極高的加工精度和表面質(zhì)量的情況下保持高效率；工件(陽(yáng)極)表面的金屬在電流和電解液的作用下發(fā)生電解作用，被氧化成為一層氧化薄膜；產(chǎn)生的氧化薄膜迅速被砂輪的機(jī)械作用刮除，工件上又露出新的金屬表面并繼續(xù)被電解作用；在磨削過(guò)程中，金屬去除主要是靠電化學(xué)作用，磨削作用主要是去除陽(yáng)極氧化膜；這樣由電化學(xué)作用和刮除薄膜的磨削作用交替進(jìn)行，使工件連續(xù)地被加工，直至達(dá)到一定的尺寸精度和表面粗糙度；此加工的優(yōu)勢(shì)是能在一道工序內(nèi)將工件表面粗糙度大幅降低；加工既可保證良好的加工精度和表面質(zhì)量，又可獲得較高的加工效率。
[0038]實(shí)施例2基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備按照以下步驟進(jìn)行操作:
[0039](I)將電源的陰極分別與工件電解修整裝置和砂輪電解修整裝置連接、電源的陽(yáng)極分別與工件和砂輪連接，使得工件和砂輪同時(shí)作為電解對(duì)象，砂輪和工件作為陽(yáng)極、工件電解修整裝置和工件電解修整裝置作為陰極；
[0040](2)在電解液供給裝置中加入足量的電解液；[0041](3)開(kāi)啟整個(gè)設(shè)備，在控制器中設(shè)定好工件的加工條件后運(yùn)行整個(gè)設(shè)備，對(duì)砂輪實(shí)行在線電解修整(ELID)的同時(shí)對(duì)工件表面實(shí)行電化學(xué)磨削(ECG):電解液供給裝置的出液口不斷流出的電解液覆蓋到砂輪和工件表面，砂輪與工件表面均形成一層氧化膜后通過(guò)砂輪與工件的機(jī)械摩擦作用，使得砂輪和工件表面的氧化膜不斷更新，從而對(duì)工件的表面進(jìn)行磨削。
[0042]整個(gè)設(shè)備的加工條件為:電解液經(jīng)1:50稀釋?zhuān)拜嗈D(zhuǎn)速調(diào)到1050rpm、工件轉(zhuǎn)速lOOrpm，設(shè)備的電壓為120V、電流為48A，電解液的供給量為20_30L/min ；
[0043]實(shí)施例3采用#2000的金屬結(jié)合劑立方氮化硼CBN砂輪對(duì)工件按照表1中的加工條件進(jìn)行磨削，其余的實(shí)施方式以及實(shí)施方法與實(shí)施例1和實(shí)施例2中的相同:
[0044]表1 #2000金屬結(jié)合劑CBN砂輪的雙電解磨削的加工條件
[0045]
【權(quán)利要求】
1.基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:包括電化學(xué)磨削模塊、在線電解修整模塊、電源、電解液供給裝置和控制器，所述的電化學(xué)磨削模塊包括工件安裝架、工件電解修整裝置和工件驅(qū)動(dòng)裝置；所述的在線電解修整模塊包括砂輪、砂輪電解修整裝置和砂輪驅(qū)動(dòng)裝置，所述的砂輪的外圓與工件的外圓相切；所述的電解液供給裝置設(shè)置多個(gè)出液口，所述的工件與砂輪的接觸點(diǎn)處上方、所述的工件電解修整裝置與工件接觸處上方以及砂輪電解修整裝置與砂輪接觸處上方均排布出液口 ；所述的電源的陰極分別與所述的工件電解修整裝置和所述的砂輪電解修整裝置連接、所述的電源的陽(yáng)極分別與所述的工件和所述的砂輪連接；所述的工件驅(qū)動(dòng)裝置與所述的砂輪驅(qū)動(dòng)裝置均受控于所述的控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:所述的工件電解修整裝置與所述的工件外圓間隙匹配、所述的砂輪電解修整裝置與所述的砂輪外圓間隙匹配。
3.如權(quán)利要求2所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:所述的設(shè)備配置兩套獨(dú)立的電源，其中一個(gè)所述的電源的陰極與所述的工件電解修整裝置連接、陽(yáng)極與所述的工件連接；另一個(gè)所述的電源的陰極與所述的砂輪工件電解修整裝置連接、陽(yáng)極與所述的砂輪連接。
4.如權(quán)利要求3所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:所述的電解液供給裝置設(shè)置3個(gè)出液口，且第一個(gè)出液口位于工件與砂輪的接觸點(diǎn)處上方，第二個(gè)出液口位于電解修整裝置與工件接觸處上方、第三個(gè)出液口位于電解修整裝置與砂輪接觸處上方。
5.如權(quán)利要求4所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:所述的工件的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，所述的砂輪的旋轉(zhuǎn)方向逆時(shí)針。
6.如權(quán)利要求5所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:所述的砂輪采用金屬結(jié)合劑立方氮化硼砂輪。
7.如權(quán)利要求6所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:所述的電解液采用AFG-M冷卻液。
8.如權(quán)利要求7所述的基于雙電解作用的表面磨削設(shè)備，其特征在于:所述的電源采用高頻脈沖電源HDMD-1V。
【文檔編號(hào)】B24B53/00GK203495765SQ201320391500
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月1日
【發(fā)明者】孫磊, 董晨晨, 呂冰海, 袁巨龍, 鄧乾發(fā) 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)