[发明专利]阴极轴向力检测电解加工间隙的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及特种加工间隙检测技术，更具体的说，是一种检测电解加工间隙的方法及系统。

背景技术

电解加工又称为电化学加工(Electrochemical Machining，ECM)，是一种利用金属阳极电化学溶解原理来去除材料的制造技术。电解加工由于加工速度快、表面质量好，无宏观切削力、正常加工过程工具阴极无损耗等优点，被广泛应用在航空、航天、军工、兵器、造船、机械、汽车、医疗器材、电子等工业部门，主要用以加工叶片、炮管膛线、齿轮、花键、型孔、型腔、深小孔、去毛刺等方面。电解加工现已成为航空航天制造业中一种关键技术，主要应用在发动机叶片等零部件的生产中。

电解加工的工件复制精度、表面粗糙度等是判别该工艺优劣的直观指标。从加工工艺角度考虑，阴阳极间的加工间隙(极间隙)是影响电解加工精度的核心问题，它是导致加工精度不一致的关键因素，还直接影响加工效率、表面质量，也是设计工具阴极，选择加工参数的主要依据。电解加工中工件阳极的成形精度取决于阴阳极之间的电场、加工间隙中的流场、电极极化和电解液温度、浓度、压力等众多因素的影响，因而使得过程的监测和控制非常困难。而加工间隙是阳极溶解过程中众多影响因素的综合表现，加工间隙的检测与控制一直是国内外电解加工专家孜孜以求的影响加工精度的关键问题之一。

美国Nebraska-Lincoln大学的K.P.Rajurkar与长江学者朱荻等人在1999年CIRP年会上的主题报告中论述了在电解加工中还没有有效的加工间隙在线检测与控制的办法，世界各国都在积极开展这方面的探索。迄今为止，还没有在线测量加工间隙的有效而实用的手段。

如能在加工过程中实时检测到加工间隙的大小，那么对整个加工过程就可以很好地进行控制，比如可以通过调整阴极进给速度来调整加工间隙的大小，尤其对加工达到平衡状态的判断可以很准确，可以保证工件的加工质量和精度。对于精密加工，更可以避免由于平衡过程太长导致的加工余量不足。实时检测加工间隙不需要停车，不会中断加工过程，大大缩短了加工制造的周期；同时也减小了操作工人的劳动量；还可以避免由于停车对刀再加工留下的接刀痕。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种阴极轴向力检测电解加工间隙的方法系统，实现在线检测电解加工间隙。

一种阴极轴向力检测电解加工间隙的方法，其特征在于包括以下过程：

(1)、利用内嵌在机床主轴和工具阴极之间的力传感器检测电解液作用在阴极工具型面上的力；

(2)、轴向力传感器把检测到的轴向力信号转换为电压信号，传输到放大滤波模块，由放大滤波模块对毫伏级信号进行放大，并且过滤掉高频干扰噪声；

(3)、经过放大滤波处理后的信号传输到数据采集模块，按照设定好的采集频率，把采集的信号传输到软件处理模块；

(4)、软件处理模块自动把所采集的电压信号转换为力信号，并利用轴向力和加工间隙的函数关系式Δ＝f(F_轴向力)实时得到加工间隙Δ的大小；

(5)、其中第(4)步中所述的函数关系式是通过测试前输入的多个样本信号，协同手动检测出的加工平衡状态的间隙值，得到的。

一种阴极轴向力检测电解加工间隙的系统，由内嵌在机床主轴和工具阴极之间的力传感器，与力传感器相连的放大滤波模块、与放大滤波模块相连的数据采集模块、与数据采集模块相连的软件处理模块组成。

与现有技术相比较，本发明内嵌传感器到电解阴极头与机床主轴之间，通过传感器检测的力信号来反应加工间隙的大小，实现了实时检测加工间隙的目的。传统检测加工间隙的方法有通过周期循环对刀检测、间隙外的区域采样加工参数检测、正弦波或斩断的正弦波脉冲的电压波形畸变法检测等。前两种方法都没有实时测试加工间隙的能力，而后一种方法只能对正弦波波顶出现马鞍型畸变，以这种畸变信息作为检测控制间隙的依据，对于其它的直流电源加工、或者脉冲电源加工的间隙检测都无能为力。本发明不受任何限制，只要有稳定的电解液通过加工区域，就能正确检测到力信号，从而反应出加工间隙的大小。另外，因为很多加工工件的表面扭曲并不是很大，比如航空发动机涡轮高级转子叶片，因此加工间隙的大小可以直接通过电解液作用在阴极上的轴向力大小来表征，无需其它方向的力来表征。而对于表面扭曲很大的工件，需要通过三维力，甚至是六维力来表征加工间隙的大小。

附图说明

图1是本发明的在线检测电解加工间隙装置图；