專利名稱：電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)床是一種全新的能對(duì)電鑄層厚度進(jìn)行精確控制的電鑄加工設(shè)備。本發(fā)明通過數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、位移傳感器、電磁鐵和執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)電鑄加工進(jìn)行厚度測(cè)量及厚度智能控制，屬于機(jī)械加工中的特種加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電鑄加工是利用電化學(xué)加工過程中的陰極沉積現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行成型加工的，即在陰極原模上通過電化學(xué)方法沉積金屬，然后分離出與原模表面凸凹形狀相反的金屬制品。如今，電鑄加工的主要用途是精確復(fù)制微細(xì)、復(fù)雜和某些難于用其他方法加工的特殊形狀模具及工件等，例如制作紙幣和郵票的印刷版、金屬藝術(shù)品復(fù)制件等。目前國(guó)內(nèi)對(duì)電鑄成型的研究主要集中在厚度均勻的電鑄以及微電鑄方面，現(xiàn)有電鑄成型存在的缺陷是，由于電鑄加工只是靠原模實(shí)現(xiàn)一個(gè)面的精確復(fù)制，而電鑄件的厚度卻不能實(shí)現(xiàn)精確控制，從而使另一面的形狀不能滿足精度要求，因此在電鑄完成后還要對(duì)電鑄件進(jìn)行精加工，這就使得加工周期較長(zhǎng)，且加工過程繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，省去了普通電鑄后還要進(jìn)行的后續(xù)精加工，實(shí)現(xiàn)不同位置不同厚度的精確控制，能滿足高精度及厚度可 控的提純電鑄加工要求。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，包括機(jī)床床身、電鑄槽、直流電源，直流電源分別與陽(yáng)極板、陰極原模連接，還包括工控機(jī)、水平磁場(chǎng)及磁場(chǎng)控制裝置、垂直磁場(chǎng)及磁場(chǎng)控制裝置、位移傳感器及其運(yùn)動(dòng)控制裝置，位移傳感器的前端靠近電鑄件陰極原模，位移傳感器與位移傳感器移動(dòng)裝置連接，電鑄槽的中間設(shè)有能夠開合的塑料導(dǎo)流板，塑料導(dǎo)流板中心開有圓孔，導(dǎo)流板將電鑄槽分為左右腔，陽(yáng)極板、陰極原模分別設(shè)于電鑄槽的左右腔內(nèi)，水平磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽水平面兩側(cè)，垂直磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽的上下兩側(cè)，水平電磁鐵對(duì)及垂直電磁鐵對(duì)分別產(chǎn)生水平和豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其中水平磁場(chǎng)方向可調(diào)(角度)、豎直方向磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小及極性可調(diào)；工控機(jī)分別與位移傳感器、位移傳感器移動(dòng)裝置、水平磁場(chǎng)控制裝置、垂直磁場(chǎng)控制裝置連接，工控機(jī)通過開關(guān)與直流電源連接。位移傳感器運(yùn)動(dòng)控制裝置的功能是將傳感器置于陰極原模外設(shè)定距離處，測(cè)量已沉積的金屬表面各點(diǎn)距離傳感器探頭的距離。水平磁場(chǎng)控制裝置包括旋轉(zhuǎn)臂、第一電磁鐵、第一伺服電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)，其中相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一電磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)臂對(duì)稱的兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)臂的中心線固定在電解池的中心線上，第一伺服電機(jī)通過減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，第一伺服電機(jī)與工控機(jī)連接，其旋轉(zhuǎn)角度受工控機(jī)控制，從而控制水平磁場(chǎng)方向，從而使從圓孔中出來(lái)離子在豎直方向的運(yùn)動(dòng)角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確豎直位置沉積。
豎直磁場(chǎng)控制裝置包括上直流電磁鐵、下直流電磁鐵、滑動(dòng)變阻器，其上電磁鉄、下電磁鐵分別固定在電極板之間電場(chǎng)的上面和下面，滑動(dòng)變阻器分別與上電磁鐵、下電磁鐵的線圈連接，第二伺服電機(jī)通過絲杠螺母副與滑動(dòng)變阻器的電阻滑塊連接，第二伺服電機(jī)與エ控機(jī)連接，電阻滑塊的位移受エ控機(jī)控制，從而控制豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度大小和極性，從而使從圓孔中出來(lái)離子在水平方向的運(yùn)動(dòng)角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確水平位置沉積。通過水平和豎直兩個(gè)方向的伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確位置沉積。位移傳感器移動(dòng)裝置包括床身上設(shè)置的機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠、立柱，立柱與機(jī)床導(dǎo)軌連接，立柱上設(shè)有立柱導(dǎo)軌、滾珠絲杠、懸臂梁，懸臂梁設(shè)有懸臂梁導(dǎo)軌、滾珠絲杠、測(cè)量桿，位移傳感器與測(cè)量桿末端連接，所述測(cè)量桿、懸臂梁、立柱分別與伺服電機(jī)連接，伺服電機(jī)與エ控機(jī)連接，測(cè)量桿左右、前 后和上下移動(dòng)的位移受エ控機(jī)控制，光纖位移傳感器測(cè)量的是已鑄表面到傳感器的直線距離，エ控機(jī)通過伺服電機(jī)控制三根軸移動(dòng)使光纖位移傳感器對(duì)電鑄沉積表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，得到電鑄件表面各點(diǎn)沉積厚度的測(cè)量值，然后與試件最終厚度尺寸進(jìn)行比較，該差值和其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置坐標(biāo)作為水平磁場(chǎng)伺服電機(jī)和豎直磁場(chǎng)伺服電機(jī)控制的輸入，利用洛倫茲力的作用控制從圓孔中出來(lái)離子在水平和豎直方向的偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確位置沉積。當(dāng)該點(diǎn)的厚度尺寸達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，エ控機(jī)就會(huì)使水平和豎直兩個(gè)磁場(chǎng)方向的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，改變水平和豎直磁場(chǎng)從而引導(dǎo)金屬離子運(yùn)動(dòng)到厚度還未達(dá)到設(shè)定值的其它位置，并繼續(xù)沉積，重復(fù)上述過程，直到陰極鑄件平面上各點(diǎn)的厚度達(dá)到理論設(shè)計(jì)尺寸為止，該試件的加工就完成了。電鑄槽內(nèi)設(shè)有恒溫控制裝置，恒溫控制裝置與エ控機(jī)連接，槽內(nèi)電解液溫度受エ控機(jī)控制。位移傳感器為光纖位移傳感器，位移傳感器的位置坐標(biāo)及其對(duì)應(yīng)位置的測(cè)量值要存入エ控機(jī)，位移傳感器的移動(dòng)是通過3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)(即測(cè)量桿、懸臂梁和立柱移動(dòng)的伺服電機(jī))來(lái)實(shí)現(xiàn)的，3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)受エ控機(jī)的控制，并且位移傳感器的厚度測(cè)量與エ控機(jī)和水平以及豎直兩個(gè)磁場(chǎng)方向伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)組成閉環(huán)控制。電鑄槽內(nèi)設(shè)有攪拌系統(tǒng)和電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行受エ控機(jī)的控制。本發(fā)明的工作原理:運(yùn)動(dòng)方向不與磁場(chǎng)強(qiáng)度方向平行的帶電離子在磁場(chǎng)中要受到洛倫茲力的作用，力的方向垂直于磁場(chǎng)強(qiáng)度方向和帶電離子運(yùn)動(dòng)速度方向所決定的平面，且洛倫茲カ只改變電荷運(yùn)動(dòng)速度的方向，使其作圓周或圓弧運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，并且圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與離子在運(yùn)動(dòng)速度方向切割磁力線的多少有夫。本發(fā)明的有益效果:1.將現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)與電鑄加工エ藝相結(jié)合，發(fā)明的電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)能滿足高精度及厚度可控的提純電鑄加工的用戶要求；2.實(shí)現(xiàn)不同位置不同厚度的精確控制，省去了普通電鑄后還要進(jìn)行的后續(xù)精加エ，具有精確提純電鑄的優(yōu)點(diǎn)。


圖1厚度可控電鑄的金屬沉積位置控制原理圖；圖2電鑄層厚度可控制原理圖；圖3水平磁場(chǎng)強(qiáng)度方向調(diào)整的機(jī)械原理圖；圖4豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度大小極性調(diào)整原理圖；圖5本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖6本發(fā)明的導(dǎo)流板打開時(shí)的電鑄槽結(jié)構(gòu)俯視圖；圖7本發(fā)明的導(dǎo)流板關(guān)閉時(shí)的電鑄槽結(jié)構(gòu)俯視圖；圖8豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度大小和極性可控制的機(jī)械原理圖。圖中:1.床身，2.電鑄槽，3.攪拌系統(tǒng)，4.循環(huán)過濾系統(tǒng)，5.恒溫控制裝置，6.陽(yáng)極板，7.陰極原模，8.工控機(jī)，9.位移傳感器，10.電鑄件，11.塑料導(dǎo)流板，12.圓孔，
13.旋轉(zhuǎn)臂，14.第一電磁鐵，15.第一伺服電機(jī)，16.上直流電磁鐵，17.下直流電磁鐵，18.滑動(dòng)變阻器，19.第二伺服電機(jī)，20.懸臂梁，21.測(cè)量桿。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明?！N電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，結(jié)合圖1至圖8,包括機(jī)床床身1、電鑄槽2和直流電源，直流電源分別與陽(yáng)極板6、陰極原模7連接，還包括工控機(jī)8、水平磁場(chǎng)及磁場(chǎng)控制裝置、垂直磁場(chǎng)及磁場(chǎng)控制裝置、位移傳感器9，位移傳感器運(yùn)動(dòng)控制裝置、位移傳感器9的前端靠近電鑄件陰極原模 7，位移傳感器9與位移傳感器移動(dòng)裝置連接，在電鑄槽的電鑄件10和陽(yáng)極板6之間設(shè)有能夠開合的塑料導(dǎo)流板11，塑料導(dǎo)流板11中心開有圓孔12，導(dǎo)流板將電鑄槽分為左右腔，陽(yáng)極板6、陰極原模7分別設(shè)于電鑄槽的左右腔內(nèi)，水平磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽2水平面兩側(cè)，垂直磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽2的上下兩側(cè)，水平磁場(chǎng)及垂直磁場(chǎng)分別產(chǎn)生水平和豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其中水平磁場(chǎng)方向可調(diào)、豎直方向磁場(chǎng)強(qiáng)度大小和極性可調(diào)；工控機(jī)8分別與位移傳感器9、水平磁場(chǎng)控制裝置、垂直磁場(chǎng)控制裝置連接，工控機(jī)8通過開關(guān)與直流電源連接。位移傳感器9置于陰極原模外設(shè)定距離處，以測(cè)量已沉積的金屬表面距離傳感器探頭的距離。水平磁場(chǎng)控制裝置包括旋轉(zhuǎn)臂13、第一電磁鐵對(duì)14、第一伺服電機(jī)15，其相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一電磁鐵14固定在旋轉(zhuǎn)臂13對(duì)稱的兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)臂的中心線固定在電解池的中心線上，第一伺服電機(jī)15通過減速機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)臂13連接，如圖3所示，第一伺服電機(jī)15及其光柵編碼器分別與工控機(jī)8連接。旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)角由伺服電機(jī)上的光柵編碼器測(cè)量值確定。水平磁場(chǎng)的方向控制方法:工控機(jī)8通過半閉環(huán)控制第一伺服電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整水平磁場(chǎng)與電極板之間的電場(chǎng)方向夾角，從而使從圓孔12發(fā)出的離子在電解液中改變豎直運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)離子在豎直方向上位置的準(zhǔn)確沉積。豎直磁場(chǎng)控制裝置包括上直流電磁鐵16、下直流電磁鐵17、滑動(dòng)變阻器18，上直流電磁鐵16、下直流電磁鐵17分別固定在電極板之間電場(chǎng)的上面和下面，滑動(dòng)變阻器18分別與上直流電磁鐵16、下直流電磁鐵17的線圈連接，第二伺服電機(jī)19通過絲杠螺母副與滑動(dòng)變阻器18的電阻滑塊連接，第二伺服電機(jī)19與工控機(jī)8連接。通過第二伺服電機(jī)19改變滑動(dòng)變阻器的滑塊位置來(lái)改變線圈電流的大小與方向，以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度改變和磁場(chǎng)極性改變，如圖7。豎直磁場(chǎng)的大小方向控制方法:豎直磁場(chǎng)的大小方向由電磁鐵線圈電流的改變實(shí)現(xiàn)，電路中電流由滑動(dòng)變阻器18的電阻滑塊移動(dòng)的位置所決定，該位置是由エ控機(jī)8來(lái)控制。實(shí)際使用時(shí)，エ控機(jī)對(duì)所需磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)化為所需電流大小，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電磁鐵線圈所在電路的滑動(dòng)變阻器電阻量，再轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電阻滑塊的移動(dòng)位移，從而使從圓孔12發(fā)出的離子在電解液中改變水平運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)離子在水平方向上位置的準(zhǔn)確沉積。通過水平和豎直兩個(gè)方向的伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確位置沉積。位移傳感器移動(dòng)裝置包括床身I上設(shè)置的機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠、立柱，立柱與機(jī)床導(dǎo)軌連接，立柱上設(shè)有立柱導(dǎo)軌、滾珠絲杠、懸臂梁20，懸臂梁設(shè)有懸臂梁導(dǎo)軌、滾珠絲杠、測(cè)量桿21，測(cè)量桿21上端與懸臂梁20連接，位移傳感器9與測(cè)量桿21末端連接，所述測(cè)量桿21、懸臂梁20、立柱分別與伺服電機(jī)連接，伺服電機(jī)與エ控機(jī)連接，測(cè)量桿左右、前后和上下移動(dòng)的位移受エ·控機(jī)控制，光纖位移傳感器測(cè)量的是已鑄表面到傳感器的直線距離，エ控機(jī)通過伺服電機(jī)控制三根軸移動(dòng)使光纖位移傳感器對(duì)電鑄沉積表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，得到電鑄表面各點(diǎn)沉積厚度的測(cè)量值，然后與試件最終厚度尺寸進(jìn)行比較，該差值和其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置坐標(biāo)作為水平磁場(chǎng)伺服電機(jī)和豎直磁場(chǎng)伺服電機(jī)控制的輸入，利用圖3、圖4和圖8原理控制從圓孔12中出來(lái)離子的偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確位置沉積。當(dāng)該點(diǎn)的厚度尺寸達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，エ控機(jī)就會(huì)使水平和豎直兩個(gè)磁場(chǎng)方向的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，改變水平和豎直磁場(chǎng)從而引導(dǎo)金屬離子運(yùn)動(dòng)到厚度還未達(dá)到設(shè)定值的其它位置，并繼續(xù)沉積，重復(fù)上述過程，直到陰極鑄件平面上各點(diǎn)的厚度達(dá)到理論設(shè)計(jì)尺寸為止，該試件的加工就完成了。電鑄槽2內(nèi)設(shè)有恒溫控制裝置5，恒溫控制裝置5與エ控機(jī)連接，槽內(nèi)電解液溫度受エ控機(jī)控制。位移傳感器9為光纖位移傳感器，位移傳感器的位置坐標(biāo)及其對(duì)應(yīng)位置的測(cè)量值要存入エ控機(jī)，位移傳感器的移動(dòng)是通過3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)受エ控機(jī)的控制，并且位移傳感器的厚度測(cè)量與エ控機(jī)和水平以及豎直兩個(gè)磁場(chǎng)方向伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)組成閉環(huán)控制。電鑄槽2內(nèi)設(shè)有攪拌系統(tǒng)3，電鑄槽2與電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)4連接。通過攪拌和循環(huán)系統(tǒng)動(dòng)作，降低電鑄液的濃度差極化，加大電流密度，減少加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明的工作原理:運(yùn)動(dòng)方向不與磁場(chǎng)強(qiáng)度方向平行的帶電離子在磁場(chǎng)中要受到洛倫茲力的作用，力的方向垂直于磁場(chǎng)強(qiáng)度方向和帶電離子運(yùn)動(dòng)速度方向所決定的平面，且洛倫茲カ只改變電荷運(yùn)動(dòng)速度的方向，使其作圓周或圓弧運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，并且圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與離子在運(yùn)動(dòng)速度方向切割磁力線的多少有夫。本發(fā)明要通過在現(xiàn)有電鑄機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、得到高精度的厚度可控的電鑄件，主要分為兩個(gè)步驟:前期全電鑄和后期精鋳。本發(fā)明將上述原理用于后期精鑄，在現(xiàn)有電鑄設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、數(shù)據(jù)采集、調(diào)整、通信等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電鑄件厚度的實(shí)時(shí)測(cè)量，并反饋數(shù)據(jù)對(duì)水平磁場(chǎng)方向和豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及極性進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬沉積位置的控制，設(shè)計(jì)出厚度可控制的電鑄機(jī)床，厚度的控制原理見圖2 ;水平磁場(chǎng)強(qiáng)度方向定量調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)原理如圖3所示；豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及極性定量調(diào)整原理見圖4和圖8所示；厚度可控制的電鑄機(jī)床設(shè)備整體布置如圖5所示；機(jī)床電鑄槽結(jié)構(gòu)俯視圖見圖6和圖7所不；厚度可控制的電鑄機(jī)床設(shè)備的豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度機(jī)械控制原理如圖8所示。位移傳感器按照數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的軌跡不停移動(dòng)，連續(xù)測(cè)量不同位置的厚度，將測(cè)量值與設(shè)定目標(biāo)值比較后進(jìn)行功率放大，由交流或直流伺服電機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)鏈，帶動(dòng)機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)，使水平磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，改變磁力線與電力線的夾角，實(shí)現(xiàn)電荷在垂直方向運(yùn)動(dòng)圓弧半徑的調(diào)整；同時(shí)，由工控機(jī)通過電路控制伺服電機(jī)改變直流電磁鐵所在電路的滑動(dòng)變阻器電阻大小，從而改變通過直流電磁鐵電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)電荷在水平方向運(yùn)動(dòng)圓弧半徑的調(diào)整。當(dāng)電鑄件某位置的厚度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，位移傳感器測(cè)量的電鑄件在該點(diǎn)的外廓與傳感器探頭的距離就達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值，工控機(jī)就會(huì)使水平和豎直兩個(gè)方向的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，改變水平和豎直磁場(chǎng)從而引導(dǎo)金屬離子運(yùn)動(dòng)到厚度還未達(dá)到設(shè)定值的其它位置，并繼續(xù)沉積，重復(fù)上述過程，直到陰極鑄件平面上各點(diǎn)的厚度達(dá)到理論設(shè)計(jì)尺寸為止，該試件的加工就完成了。本發(fā)明的電鑄設(shè)備在電鑄槽的中間設(shè)有可開合的塑料導(dǎo)流板，完全閉合后只在導(dǎo)流板中心開有一個(gè)小圓孔，將電鑄槽分為左右腔，陽(yáng)極和陰極原模分別放在電鑄槽的左右腔內(nèi)，左腔溶液攜帶金屬陽(yáng)離子通過電鑄槽導(dǎo)流板中間的導(dǎo)流小圓孔12流入右腔；電鑄槽水平和豎直方向分別安裝有電磁鐵，產(chǎn)生水平和豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，水平磁場(chǎng)方向可調(diào)，豎直方向磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及極性可調(diào)；光纖位移傳感器置于原模外一定距離且能測(cè)得已沉積的金屬表面距離傳感器探頭的距離；數(shù)控裝置分別與傳感器和調(diào)節(jié)磁場(chǎng)方向及強(qiáng)度大小可控制的裝置通過電路連接，然后將傳感器測(cè)得的結(jié)果與設(shè)定目標(biāo)值比較后通過伺服系統(tǒng)自動(dòng)控制水平磁場(chǎng)方向和豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及極性，從而控制金屬陽(yáng)離子沉積的位置，實(shí)現(xiàn)電鑄件10厚度的精確控制。電鑄剛開始的時(shí)候，導(dǎo)流板開到最大位置也就是貼近電鑄槽的槽壁，電磁鐵所在的磁場(chǎng)控制裝置電路未被接通，此時(shí)實(shí)現(xiàn)的電鑄與現(xiàn)有機(jī)床相同，進(jìn)行全面電鑄，但光纖位移傳感器仍在進(jìn)行各個(gè)位置厚度的快速實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)測(cè)得某點(diǎn)電鑄厚度達(dá)到目標(biāo)值后，工控機(jī)控制陰陽(yáng)電極斷電，電鑄停止，同時(shí)工控機(jī)使導(dǎo)流板轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)流板完全閉合后，磁場(chǎng)控制裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，電極電路接通，開始進(jìn)行磁場(chǎng)控制的精確電鑄，精確實(shí)現(xiàn)電鑄件10其余位置的厚度控制，直至達(dá)到目標(biāo)值。如果被電鑄離子的速度和質(zhì)量一致，該電鑄設(shè)備甚至能實(shí)現(xiàn)超精密電鑄和微納米電鑄，并且能把金屬中的雜質(zhì)分離出去，實(shí)現(xiàn)提純電鑄。本發(fā)明通過工控機(jī)來(lái)控制多臺(tái)伺服電機(jī)，分別用于水平磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的控制、豎直磁場(chǎng)大小及方向的控制以及光纖位移傳感器的移動(dòng)定位。其豎直方向伺服電機(jī)與豎直方向電磁鐵通過電路連接,如圖4和圖8所示，自動(dòng)控制垂直磁場(chǎng)所在電路的電流大小和方向，實(shí)現(xiàn)豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子的沉積位置在水平方向的控制；另外該數(shù)控裝置還通過伺服系統(tǒng)的機(jī)械部分控制水平方向電磁鐵，如圖3所示，自動(dòng)控制水平磁場(chǎng)與電極板之間的電場(chǎng)方向夾角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子的沉積位置在垂直方向的控制。

光纖位移傳感器在電鑄過程中對(duì)電鑄件各個(gè)位置的電鑄層厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果與設(shè)定目標(biāo)值比較后輸入到工控機(jī)中，并通過控制伺服電機(jī)及傳動(dòng)裝置自動(dòng)控制水平和豎直磁場(chǎng)從而引導(dǎo)金屬離子運(yùn)動(dòng)到厚度還未達(dá)到設(shè)定值的其它位置，并繼續(xù)沉積，而位移傳感器繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。所述位移傳感器由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)控制其探頭位置且能按照設(shè)定路線沿電鑄件10外廓移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置的厚度測(cè)量。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞 動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，包括機(jī)床床身、電鑄槽、直流電源、工控機(jī)、水平磁場(chǎng)及磁場(chǎng)控制裝置、垂直磁場(chǎng)及磁場(chǎng)控制裝置、位移傳感器及其運(yùn)動(dòng)控制裝置，直流電源分別與陽(yáng)極板、陰極原模連接，位移傳感器的前端靠近電鑄件陰極原模，位移傳感器與位移傳感器移動(dòng)裝置連接，所述電鑄槽的中間設(shè)有能夠開合的塑料導(dǎo)流板，塑料導(dǎo)流板中心開有圓孔，導(dǎo)流板將電鑄槽分為左右腔，陽(yáng)極板、陰極原模分別設(shè)于電鑄槽的左右腔內(nèi)，水平磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽水平面兩側(cè)，垂直磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽的上下兩側(cè)，水平磁場(chǎng)及垂直磁場(chǎng)分別產(chǎn)生水平和豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其中水平磁場(chǎng)方向可調(diào)、豎直方向磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及極性可調(diào)；工控機(jī)分別與位移傳感器、位移傳感器移動(dòng)裝置、水平磁場(chǎng)控制裝置、垂直磁場(chǎng)控制裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，其特征是，所述水平磁場(chǎng)控制裝置包括旋轉(zhuǎn)臂、第一電磁鐵對(duì)、第一伺服電機(jī)、光柵編碼器，其中相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一電磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)臂對(duì)稱的兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)臂的中心線固定在電解池的中心線上，第一伺服電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵編碼器、第一伺服電機(jī)分別受工控機(jī)控制，調(diào)整水平磁場(chǎng)與電極板之間的電場(chǎng)方向夾角，從而使從圓孔發(fā)出的離子在電解液中改變豎直運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)離子在豎直方向上位置的準(zhǔn)確沉積。
3.如權(quán)利要求1所述的電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，其特征是，所述豎直磁場(chǎng)控制裝置包括上直流電磁鐵、下直流電磁鐵、滑動(dòng)變阻器，上直流電磁鐵、下直流電磁鐵分別固定在電極板之間電場(chǎng)的上面和下面，滑動(dòng)變阻器分別與上直流電磁鐵、下直流電磁鐵的線圈連接，第二伺服電機(jī)通過絲杠螺母副與滑動(dòng)變阻器的電阻滑塊連接，第二伺服電機(jī)受工控機(jī)控制，從而控制豎直磁場(chǎng)強(qiáng)度大小和極性，使從圓孔中出來(lái)離子在水平方向的運(yùn)動(dòng)角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確水平位置沉積。
4.如權(quán)利要求1所述的電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，其特征是，所述位移傳感器移動(dòng)裝置包括床身上設(shè)置的機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠、立柱，立柱與機(jī)床導(dǎo)軌連接，立柱上設(shè)有立柱導(dǎo)軌、滾珠絲杠、懸臂梁，懸臂梁設(shè)有懸臂梁導(dǎo)軌、滾珠絲杠、測(cè)量桿，測(cè)量桿上端與懸臂梁連接，位移傳感器與測(cè)量桿末端連接，所述測(cè)量桿、懸臂梁、立柱分別與伺服電機(jī)連接，伺服電機(jī)與工控機(jī)連接，測(cè)量桿左右、前后和上下移動(dòng)的位移受工控機(jī)控制，光纖位移傳感器測(cè)量的是已鑄表面到傳感器的直線距離，工控機(jī)通過伺服電機(jī)控制三根數(shù)控軸移動(dòng)，使光纖位移傳感器對(duì)電鑄沉積表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，得到電鑄表面各點(diǎn)沉積厚度的測(cè)量值，然后與試件最終厚度尺寸進(jìn)行比較，該差值和其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置坐標(biāo)作為水平磁場(chǎng)伺服電機(jī)和豎直磁場(chǎng)伺服電機(jī)控制的輸入，利用洛倫茲力使從小圓孔中出來(lái)的離子改變偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)離子在陰極鑄件平面上的準(zhǔn)確位置沉積；當(dāng)該點(diǎn)的厚度尺寸達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，工控機(jī)就會(huì)使水平和豎直兩個(gè)磁場(chǎng)方向的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，改變水平和豎直磁場(chǎng)從而引導(dǎo)金屬離子運(yùn)動(dòng)到厚度還未達(dá)到設(shè)定值的其它位置，并繼續(xù)沉積，重復(fù)上述過程，直到陰極鑄件平面上各點(diǎn)的厚度達(dá)到理論設(shè)計(jì)尺寸為止。
5.如權(quán)利要求1所述的電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，其特征是，所述電鑄槽內(nèi)設(shè)有恒溫控制裝置，恒溫控制裝置與工控機(jī)連接，槽內(nèi)電解液溫度受工控機(jī)控制。
6.如權(quán)利要求1所述的電 鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，其特征是，所述位移傳感器為光纖位移傳感器，位移傳感器的位置坐標(biāo)及其對(duì)應(yīng)位置的測(cè)量值要存入工控機(jī)，位移傳感器的移動(dòng)是通過3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)受エ控機(jī)的控制，并且位移傳感器的厚度測(cè)量與エ控機(jī)和水平以及豎直兩個(gè)磁場(chǎng)方向伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)組成閉環(huán)控制。
7.如權(quán)利要求1所述的電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，其特征是，所述電鑄槽內(nèi)設(shè)有攪拌系統(tǒng)和電解液循 環(huán)過濾系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行受エ控機(jī)的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電鑄層厚度可智能化控制的電鑄機(jī)，包括床身、電鑄槽、工控機(jī)、水平磁場(chǎng)及其控制裝置、垂直磁場(chǎng)及其控制裝置、位移傳感器及其運(yùn)動(dòng)控制裝置，所述電鑄槽的中間設(shè)有導(dǎo)流板，導(dǎo)流板中心開有圓孔，陽(yáng)極板、陰極原模分別設(shè)于電鑄槽的左右腔內(nèi)，水平磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽水平面兩側(cè)，垂直磁場(chǎng)設(shè)于電鑄槽的上下兩側(cè)，水平磁場(chǎng)及垂直磁場(chǎng)分別產(chǎn)生水平和豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其中水平磁場(chǎng)方向可調(diào)、豎直方向磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及極性可調(diào)；工控機(jī)分別與位移傳感器、水平磁場(chǎng)控制裝置、垂直磁場(chǎng)控制裝置連接，工控機(jī)通過開關(guān)與直流電源連接，該機(jī)能實(shí)現(xiàn)不同位置不同厚度的電鑄件精確控制，可滿足高精度及厚度可控的提純電鑄加工要求。
文檔編號(hào)C25D1/00GK103114312SQ201310060339
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者梁森, 張乾, 修搖搖 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)