一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法及装置

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1.本技术涉及电加工领域，特别是一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法及装置。

背景技术：

2.目前，对于微小型、非全齿、高度定制化的微齿关节还没有成熟的齿向修形方法和设备。常规尺度齿轮所采用的机械齿向修形方法适用于规模化生产的常规全齿齿轮，而对于微齿关节齿向的修形时，修形的刀具制造困难，刀具轨迹易与微齿关节其它紧凑结构发生干涉，加工过程受工件硬度限制等不足。而电解齿向修形属于非接触加工，具有高柔性，无需复杂多轴联动，并且不受材料硬度和强度限制的优点，而且电化学溶解作用还可在齿向修形同时整平阳极齿面。
3.然而，电解齿向修形也存在杂散腐蚀与间隙流场不易控制以及加工参数耦合关系复杂等问题。另外，由于电解液物理性质，电解过程容易产生易长大且不易破裂的气泡，这都制约着修形精度与齿面质量的提升。

技术实现要素：

4.鉴于所述问题，提出了本技术以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，所述方法涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形，包括步骤：
5.获取待加工工件的目标结构模型；
6.依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；
7.依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；
8.当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。
9.进一步地，所述依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度的步骤，包括：
10.依据所述阴极工具厚度对所述目标结构模型进行分层，得到若干层目标结构模型；
11.依据所述层目标结构模型确定所述阴极工具在所述层目标结构模型位置时的摇动频率和摇动幅度。
12.进一步地，电解加工时通过脉冲电源进行供电，所述脉冲电源只在所述阴极工具与所述待加工工件间隙小于预设值的相位进行供电，脉冲电流随间隙进行周期性变化。
13.进一步地，所述依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工
的步骤，包括：
14.将所述阴极工具依据所述摇动频率与摇动幅度进行摇动；
15.通过所述脉冲电源对所述待加工工件以分相位供电的方式进行电解加工；
16.依据所述摇动频率与所述摇动幅度由底层至顶层对所述待加工工件进行扫描式加工。
17.进一步地，还包括步骤：
18.依据所述待加工工件结构与所述目标结构模型确定所述阴极的结构。
19.进一步地：
20.依据所述待加工工件材料，确定所述阴极工具材料；
21.进一步地，还包括步骤：
22.依据所述待加工工件材料和所述阴极工具材料，确定电解液成分。
23.进一步地，还包括步骤：
24.对电解修形后的所述待加工工件进行残留电解液清理。
25.进一步地，还包括步骤：
26.将所述待加工工件固定，保证加工过程中所述待加工工件位置不发生改变。
27.一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形装置，所述装置涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形，包括：
28.获取模块，用于获取待加工工件的目标结构模型；
29.摇动生成模块，用于依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；
30.摇动加工模块，用于依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；
31.生成模块，用于当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。
32.本技术具有以下优点：
33.在本技术的实施例中，通过一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，所述方法涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形，包括步骤：获取待加工工件的目标结构模型；依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。通过阴极摇动装置，电极摇动运动使得电解液流变得均匀，间歇式加工，强迫流场发生周期性变化，摆脱分股流动状态，彻底地冲刷加工表面，从而提升加工精度。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对本技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图。
35.图1是本技术一实施例提供的一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法的步骤流程图；
36.图2是本技术一实施例提供的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形装置的结构框图；
37.图3是本技术一实施例提供的待加工工件与阴极电极的结构示意图；
38.图4-7是本技术一实施例提供的阴极电极周期性摇摆的示意图；
39.图8是本发明一实施例提供的摇动各阶段脉冲电流的示意图。
40.附图标记说明：
41.1、待加工工件；2、阴极。
具体实施方式
42.为使本技术的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.需要说明的是，在本发明任一实施例中，通过压电陶瓷驱动柔性铰链结构或通过直流电机、连杆机构等方式实现阴极进行预设条件的摆动，脉冲电源的供电方式为分相位供电，只在阴极工具某个间隙较小的摇动相位范围内才进行通电修形，由一端向另一端进行扫描式齿向修形，通过间歇式加工策略，能够有效抑制杂散腐蚀，改善极间状态，提升加工效果。
44.参照图1，示出了本技术一实施例提供的一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，所述方法涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形；
45.所述方法包括步骤：
46.s110、获取待加工工件的目标结构模型；
47.s120、依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；
48.s130、依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；
49.s140、当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。
50.在本技术的实施例中，通过一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，所述方法涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形，包括步骤：获取待加工工件的目标结构模型；依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。通过阴极摇动装置，电极摇动运动使得电解液流变得均匀，间歇式加工，强迫流场发生周期性变化，摆脱分股流动状态，彻底地冲刷加工表面，从而提升加工精度。
51.下面，将对本示例性实施例中一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法作进一步地说明。
52.如所述步骤s110所述，获取待加工工件的目标结构模型。
53.需要说明的是，所述待加工工件的目标结构模型可以为简单规则的模型结构，如棱柱体、棱台、齿轮状等，也可以为，也可以是通过等多个简单结构进行复合的复杂结构，可以通过画图软件进行辅助建立所述待加工工件的目标结构模型。
54.如所述步骤s120所述，依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度。
55.在本发明一实施例中，可以结合下列描述进一步说明步骤s120所述“依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度”的具体过程。
56.如下列步骤所述，依据所述阴极工具厚度对所述目标结构模型进行分层，得到若干层目标结构模型；
57.需要说明的是，加工方式为扫描式加工，由底层至顶层逐层给进，所述阴极也在不同位置有不同的摇动频率与摇动幅度，需依据阴极厚度对目标结构模型进行相位划分，在不同位置，调用不同的阴极摇动方式，根据当前设计数据，调整所述阴极的摇动频率与摇动幅度，继而得到最佳组合参数来实现所述目标结构模型的加工。
58.如下列步骤所述，依据所述层目标结构模型确定所述阴极工具在所述层目标结构模型位置时的摇动频率和摇动幅度。
59.需要说明的是，生成若干的层目标结构模型以达到进行扫描式加工的目的，在不同层，调用不同的层目标结构模型，可以电解修形复杂的立体结构，达到精细加工的目的。
60.如所述步骤s130所述，依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工。
61.需要说明的是，驱动多齿阴极工具以一定周期的轨迹进行摇动，如图4-7所示，使得待加工工件和阴极工具之间的间隙也发生周期性变化。阴极进行摇动运动使得电解液流变得均匀，强迫流场发生周期性变化，摆脱分股流动状态，彻底地冲刷加工表面，从而可提升加工精度，通过摇动频率控制流场变化频率，从而控制代加工工件表面加工精度。
62.通过改变阴极的摇动幅度，可以改变流场大小，通过控制加工时的流场大小，从而控制加工强度，改变待加工工件表面形状，使待加工工件表面更精密。
63.极间电解产物的输运与电解液更新直接影响加工稳定性，醇基高粘度电解液对加工稳定性的影响更为严重。阴极摇动可扰动极间流场，促进极间传质传热过程，从而提高修形精度和表面质量，确定阴极的摇动幅度和摇动频率，即可控制电加工修形的形状与精度。
64.在本发明一实施例中，可以结合下列描述进一步说明步骤s130所述“依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工。”的具体过程。
65.如下列步骤所述，将所述阴极工具依据所述摇动频率与摇动幅度进行摇动。
66.如下列步骤所述，通过所述脉冲电源对所述待加工工件以分相位供电的方式进行电解加工。
67.所述分相位供电，参照图8，为摇动各阶段脉冲电流的示意图，当阴极进行摇动时，只在阴极工具某个间隙较小的摇动相位范围内才通电进行电解修形，即只在图中所述阴极工具摇动范围为
②
与
③
的摇动范围时才对所述阴极工具进行供电，摇动范围在
①
与
④
的摇动范围时则不进行供电，通过这种间歇式加工策略能够抑制杂散腐蚀，改善极间状态，提升加工效果。
68.如下列步骤所述，依据所述摇动频率与所述摇动幅度由底层至顶层对所述待加工工件进行扫描式加工。通过扫描式加工，向上逐层进给，在不同的扫描位置，可以根据当前位置的设计数据，调整摇动半径、摇动频率和加工参数，继而得到最佳参数组合来实现鼓形等目标的修形形状。
69.如所述步骤s140所述，当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。
70.在本发明一实施例中，依据所述待加工工件结构与所述目标结构模型确定所述阴极的结构。具体的，如图3所示，将所述阴极2结构外围加工边形状调整至所述待加工工件1外围待加工面的形状，再根据所述目标结构模型进行微调，使所述阴极2得到符合实际需求的结构。
71.在本发明一实施例中，依据所述待加工工件材料，确定所述阴极材料；其中，所述待加工工件可以是不锈钢、铜、铝或镍等可以被电腐蚀加工的金属材料。
72.需要说明的是，阴极材料为需根据待加工工件确定，所述阴极材料的活泼性需高于所述待加工工件。
73.在本发明一实施例中，依据所述待加工工件材料和所述阴极材料，确定电解液成分；其中，电解液可以是氯化钠、氯化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、稀硫酸或稀盐酸等。
74.需要说明的是，所述待加工工件的待加工相位、所述阴极和所述电解液需构成闭合回路，电子由所述待加工工件流向所述阴极。
75.在本发明一实施例中，对电解修形后的所述待加工工件进行残留电解液清理。电解修形之后依据工件材质使用特定溶液对所述工件进行清理，清理完成后还需要对所述工件进行干燥处理，防止出现腐蚀，使工件精度不足。
76.在本发明一实施例中，将所述待加工工件固定，保证加工过程中所述待加工工件位置不发生改变，所述阴极摇动装置通过两个压电陶瓷驱动柔性铰链结构控制所述阴极工具进行摇动。
77.需要说明的是，所述待加工工件位置不变能保证阴极摇动装置在加工过程中对预计加工的相位进行周期性加工，所述压电陶瓷具有高可靠性、高分辨率、高刚度、大出力等特点，是精密运动与定位的理想驱动元件。柔性铰链机械结构具有运动平稳、无摩擦、无空回、高精度等特点，适合与压电陶瓷组成分辨率高，频响高的精度运动与定位系统，同时柔性铰链机构还可以提供适当的预紧，避免压电陶瓷承受拉力，提高系统的使用寿命。
78.对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
79.参照图2，示出了本技术一实施例提供的一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形装置，所述装置涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形；
80.具体包括：
81.获取模块210，用于获取待加工工件的目标结构模型；
82.摇动生成模块220，用于依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；
83.摇动加工模块230，用于依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；
84.生成模块240，用于当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。
85.在本发明一实施例中，所述摇动生成模块220，包括：
86.分层子模块，用于依据所述阴极工具厚度对所述目标结构模型进行分层，得到若干层目标结构模型；
87.摇动状态确定子模块，用于依据所述层目标结构模型确定所述阴极工具在所述层目标结构模型位置时的摇动频率和摇动幅度。
88.在本发明一实施例中，所述摇动加工模块230，包括：
89.摇动模块，用于将所述阴极工具依据所述摇动频率与摇动幅度进行摇动；
90.电解加工模块，用于通过所述脉冲电源对所述待加工工件以分相位供电的方式进行电解加工；
91.扫描加工模块，用于通过所述脉冲电源对所述待加工工件以分相位供电的方式进行电解加工。
92.在本发明一实施例中，还包括：
93.阴极结构确定模块，用于依据所述待加工工件结构与所述目标结构模型确定所述阴极工具的结构。
94.在本发明一实施例中，还包括：
95.阴极材料确定模块，用于依据所述待加工工件材料，确定所述阴极工具材料；
96.在本发明一实施例中，还包括：
97.电解液确定模块，用于依据所述待加工工件材料和所述阴极工具材料，确定电解液成分。
98.在本发明一实施例中，还包括：
99.清理子模块，用于对电解修形后的所述待加工工件进行残留电解液清理。
100.在本发明一实施例中，还包括：
101.固定子模块，用于将所述待加工工件固定，保证加工过程中所述待加工工件位置不发生改变；所述阴极摇动装置通过两个压电陶瓷驱动柔性铰链结构控制所述阴极工具进行摇动
102.尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所有变更和修改。
103.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意
在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
104.以上对本技术所提供的一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：

1.一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，所述方法涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形，其特征在于，包括步骤：获取待加工工件的目标结构模型；依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。2.根据权利要求1所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，所述依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度的步骤，包括：依据所述阴极工具厚度对所述目标结构模型进行分层，得到若干层目标结构模型；依据所述层目标结构模型确定所述阴极工具在所述层目标结构模型位置时的摇动频率和摇动幅度。3.根据权利要求1所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，电解加工时通过脉冲电源进行供电，所述脉冲电源只在所述阴极工具与所述待加工工件间隙小于预设值的相位进行供电，脉冲电流随间隙进行周期性变化。4.根据权利要求3所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，所述依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工的步骤，包括：将所述阴极工具依据所述摇动频率与摇动幅度进行摇动；通过所述脉冲电源对所述待加工工件以分相位供电的方式进行电解加工；依据所述摇动频率与所述摇动幅度由底层至顶层对所述待加工工件进行扫描式加工。5.根据权利要求1所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，还包括步骤：依据所述待加工工件结构与所述目标结构模型确定所述阴极工具的结构。6.根据权利要求1所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，还包括步骤：依据所述待加工工件材料，确定所述阴极工具材料。7.根据权利要求6所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，还包括步骤：依据所述待加工工件材料和所述阴极工具材料，确定电解液成分。8.根据权利要求1所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，还包括步骤：对电解修形后的所述待加工工件进行残留电解液清理。9.根据权利要求1所述的阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，其特征在于，还包括步骤：将所述待加工工件固定，保证加工过程中所述待加工工件位置不发生改变；
所述阴极摇动装置通过两个压电陶瓷驱动柔性铰链结构控制所述阴极工具进行摇动。10.一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形装置，所述装置涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形，其特征在于，包括：获取模块，用于获取待加工工件的目标结构模型；摇动生成模块，用于依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；摇动加工模块，用于依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；生成模块，用于当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。

技术总结

本申请提供了一种阴极摇动及分相位供电扫描式齿向修形方法，所述方法涉及调用阴极摇动装置对待加工工件进行电解修形，包括步骤：获取待加工工件的目标结构模型；依据所述目标结构模型确定电解修形时所述阴极摇动装置的阴极工具的摇动频率和摇动幅度；依据所述摇动频率与摇动幅度使所述阴极进行摇动，使所述阴极工具与所述待加工工件的间隙呈周期性变化，对所述间隙小于预设值的相位进行供电加工；当所述阴极工具与摇动的所述待加工工件的间隙均大于或等于预设值时，停止加工，获得目标结构工件。通过阴极摇动装置，电极摇动运动使得电解液流变得均匀，间歇式加工，强迫流场发生周期性变化，摆脱分股流动状态，彻底地冲刷加工表面，从而提升加工精度。从而提升加工精度。从而提升加工精度。