[发明专利]一种螺旋微电极电化学加工系统及方法

说明书

本发明公开了一种螺旋微电极电化学加工系统及方法，将加工电极设置于电主轴前端并校直，加工电极与阴极金属圆环分别与直流电源正负极相连接；控制电主轴带动加工电极运动，使其穿过阴极金属环至一定距离，进行对刀，使阳极工件处于金属环中心，并滴加电解液使其在金属环上形成液膜；控制电主轴旋转，带动其前端的加工电极高转速旋转；接通电源，检测电流信号，反馈给控制系统，控制直流电源的电压大小，保证电流密度在一定范围，保证电极表面出现螺旋槽，并进行电化学抛光。本发明方法工艺简单，刻蚀过程中不需要进给，螺旋沟槽一次成形。

技术领域

本发明涉及一种螺旋微电极电化学加工系统及方法。

背景技术

随着对产品元件微小型化的需求，所加工微孔及微槽的尺寸越来越小，并对加工工具提出了更高的要求。螺旋柱状微电极因其尺寸较小、排屑性能好、加工效率及加工质量较高，在微细电解、微细电解电火花加工领域及PCB等机械钻孔领域得到广泛应用。

目前Φ100μm以内螺旋微电极的重要加工技术主要掌握在日本等国，国内能生产螺旋微电极的企业所使用的多为价格较昂贵的进口数控机床，因此市面上小于Φ100μm的螺旋柱状微电极价格也比较昂贵，并且以国内的加工能力，所能加工最小尺寸的螺旋微电极仅能达到Φ50μm，因此如何降低较小尺寸螺旋电极的加工难度成为重要的研究方向。

螺旋微电极的加工难点在于要将毛坯加工到较小直径并在电极表面加工出螺旋沟槽。目前螺旋微电极主要的加工方法是磨削加工，首先将棒料毛坯通过磨削加工到一定尺寸后，在磨削出工作部分尺寸，然后通过机床上的丝杆机构，在工作部分磨削出螺旋沟槽。但由于磨削加工过程中，工件承受径向磨削力，因此工件不容易加工到很小的尺寸，为了防止其变形，对机床精度、砂轮材料及形状要求较高，同时为了保证加工质量，还需要定期对砂轮进行休整。因此这种加工方法设备精度要求高、设备昂贵，加工成本高。

目前，电化学刻蚀加工微电极是一大研究热点，刻蚀加工过程中，金属材料以离子的形式蚀除，且微电极不承受径向力，不产生变形，很容易加工到极细的尺寸，同时可以控制加工参数对电极表面进行电化学抛光，提高表面质量，且设备成本低，其中液膜电化学刻蚀是一种可以加工纳米级微电极的加工方法。液膜刻蚀法基于电化学刻蚀原理，电解液被滴于金属圆环上，在液体表面张力的作用下在金属圆环上形成液膜，该液膜为电化学离子交换的场所。同时研究表明，电化学刻蚀加工电极过程中，当电极高速旋转时，电极表面流场出现螺旋涡流，使电极表面出现刻蚀速率差，出现螺旋沟槽。

中国发明专利“CN201510870824-电化学加工装置及加工方法”提出了一种制备螺旋电极的方法；但由于加工电极的柱状工件初始直径为几百微米，如果加工的电极直径较小，近液面处电极直径由几百微米突变到几十微米，该部分应力集中，在重力与离心力的作用下，应力集中处易发生断裂，因此该方法制备的螺旋电极尺寸较大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种螺旋微电极电化学加工系统及方法，本发明将液膜刻蚀法与电极旋转相结合，利用旋转使柱状电极表面流场所形成螺旋涡流影响对加工过程中扩散层介质转换速率，使电极表面出现刻蚀速率差成形与螺旋涡相吻合的螺旋槽，利用液膜电化学刻蚀法的加工特点使电极达到较小尺寸，并对电极表面进行电化学抛光，提高电极表面质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种螺旋微电极电化学加工系统，包括直流电源、电主轴、微进给系统、电流检测模块、控制系统、数据采集卡以及阴极金属圆环，其中：

所述阴极金属圆环套设于加工电极外侧，所述加工电极固定于电主轴上；所述微进给系统包括控制卡和受其控制的直线位移平台，所述电主轴带动加工电极保持高速旋转，直流电源在两极施电压，电流检测模块检测加工电流，数据采集卡将电流信号反馈给控制系统，控制系统根据电流信号大小调节直流电源的输出电压；