浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員對(duì)小口徑不銹鋼管拋光試驗(yàn)用樣機(jī)的設(shè)計(jì)將主要圍繞樣機(jī)加工裝置主體中的工具電極組件、工具電極往復(fù)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)及其數(shù)控系統(tǒng)、電解液加熱循環(huán)及過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行。首先要改變加工裝置主體的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述加工裝置主體主要由水浴鍋、工件電極裝夾組件、主軸組件、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠組件、X-Y微調(diào)平臺(tái)、機(jī)架及輔助支承結(jié)構(gòu)組成，結(jié)合如圖所示結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對(duì)其各組件進(jìn)行詳細(xì)介紹。采用水浴加熱的方法具有使被加熱溶液受外界影響小，受熱均勻等優(yōu)點(diǎn)。本裝置所采用水浴鍋為浙江至德鋼業(yè)有限公司產(chǎn)的單孔恒溫水浴鍋，加熱功率為350W，溫控精度為±0.2℃，溫控范圍為室溫至100℃，外觀如圖所示。水浴鍋容器內(nèi)徑為200mm，內(nèi)膽為SUS304不銹鋼材料，耐腐蝕性強(qiáng)。

    在對(duì)小口徑不銹鋼管道內(nèi)壁進(jìn)行拋光過(guò)程中，管道自身軸線與工具電極軸線的同軸度好壞直接會(huì)影響加工間隙的大小與延軸向分布的均勻性，從而影響加工后表面精度。在某些同軸度較差情況下，甚至?xí)?dǎo)致工具電極與工件的直接接觸，影響加工的進(jìn)行。本文采用的工件電極裝夾組件主要起到固定工件位置與保證工件垂直度的作用。同時(shí)，組件內(nèi)部設(shè)有管道連接部分，實(shí)現(xiàn)電解液循環(huán)管道與工件電極的連接，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。該組件直接安裝于電解液槽內(nèi)部，工件夾持部件采用精密夾頭，由SUS304材料制成，可夾持范圍為0.5mm至15mm。工件電極下端通過(guò)絕緣密封圈與管道相連接。安裝組件內(nèi)設(shè)有接線柱便于電源正極的連接。

    主軸組件為裝置核心部件，主要涉及工具電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工具電極旋轉(zhuǎn)功能以及旋轉(zhuǎn)體供電等問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖所示。為減弱小口徑不銹鋼管拋光過(guò)程中濃差極化等問(wèn)題，加快電解液的更新，降低對(duì)循環(huán)泵的要求，本文對(duì)工具電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。在工件電極表面加工出螺旋溝槽結(jié)構(gòu)，并結(jié)合工具電極旋轉(zhuǎn)，可以有效的增大在電化學(xué)拋光過(guò)程中電解液的軸向與環(huán)向流動(dòng)。參考現(xiàn)有加工工具，本文采用螺旋角為300的高速鋼麻花鉆作為工具電極進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，形狀如圖所示，內(nèi)部溝槽截面輪廓形狀呈圓弧型。同時(shí)，工具電極表面通過(guò)絕緣處理被分割成多段，導(dǎo)電段與絕緣段長(zhǎng)度均為30mm，配合以Z軸自動(dòng)進(jìn)給裝置，以達(dá)到減弱軸向氣泡量堆積所產(chǎn)生的影響。在主軸組件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，所采用的直流電機(jī)為775大扭力直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓為12V，該電機(jī)具有扭矩大，轉(zhuǎn)速線性調(diào)整程度高，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速在OV-12V內(nèi)可調(diào)范圍為0-15000rpm，電機(jī)徑向跳動(dòng)小于0.02mm。前文已經(jīng)提及，在裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量避免拋光電流通過(guò)機(jī)身或電機(jī)，‘因此主軸組件中需要引入絕緣零件。同時(shí)，為防止因聯(lián)軸器連接而引入的徑向跳動(dòng)及安裝誤差，絕緣階梯軸采用過(guò)盈配合方式與電機(jī)輸出軸直接相連。絕緣階梯軸下端通過(guò)鋁合金軸與工具電極夾具相連接。鋁合金軸與工具電極采用莫氏錐柄連接。

    該組件設(shè)計(jì)要求中尤為重要的部分是工具電極的連續(xù)給電機(jī)構(gòu)，由于工具電極在拋光過(guò)程中處于連續(xù)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，如何連續(xù)且穩(wěn)定的為工具電極供電是該部分設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。本文參考交直流電機(jī)供電方案，采用碳刷結(jié)構(gòu)為工具電極供電，具體結(jié)構(gòu)如圖所示。與工具電極滑動(dòng)接觸部分采用勵(lì)磁機(jī)碳刷，主要由銅粉和碳粉混合燒制而成，具有自潤(rùn)滑特性。碳刷架內(nèi)部設(shè)有兩根預(yù)緊拉簧，可確保碳刷與旋轉(zhuǎn)軸的充分接觸。采用滾珠絲杠滑動(dòng)模組控制工具電極在Z軸方向的往復(fù)移動(dòng)，具體結(jié)構(gòu)如圖所示。裝置所采用的步進(jìn)電機(jī)為42BYGH47-40IA型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，基具體技術(shù)參數(shù)如表所示。滾珠絲杠具有摩擦損耗小，傳動(dòng)效率高及運(yùn)動(dòng)控制精度好等特點(diǎn)。特別是由于滾珠絲杠副是利用滾珠運(yùn)動(dòng)達(dá)到平臺(tái)移動(dòng)的效果，啟動(dòng)力矩小，不會(huì)出現(xiàn)滑移運(yùn)動(dòng)等爬行現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)高精度的微量進(jìn)給。浙江至德鋼業(yè)有限公司所采用滾珠絲杠技術(shù)參數(shù)如表所示。結(jié)合步進(jìn)電機(jī)步距角可計(jì)算出Z軸方向最小位移精度為0.06mm，可實(shí)現(xiàn)Z軸方向的精確位移控制。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，裝置Z軸的有效加工行程可達(dá)到200mm。為防止Z軸的超程移動(dòng)，在行程兩端安裝有點(diǎn)觸式機(jī)械行程開(kāi)關(guān)。

    最后，為滿足技術(shù)要求中關(guān)于工具電極軸線與工件電極同軸度的設(shè)定，本文采用X-Y微調(diào)平臺(tái)來(lái)保證定位精度，具體技術(shù)參數(shù)如表所示。在實(shí)際加工過(guò)程中，采用接觸電流顯示法進(jìn)行定位處理。在電解電路打開(kāi)的基礎(chǔ)上，將高速旋轉(zhuǎn)下的工具電極伸入工件內(nèi)部，移動(dòng)X軸，分別接觸工件電極內(nèi)壁，觀察電流變化，記錄當(dāng)前位置，進(jìn)而確定X軸方向的中心位置。同理，在保證X軸中心位置不變的基礎(chǔ)上，移動(dòng)Y軸以獲得工件電極軸線位置，并鎖死移動(dòng)平臺(tái)。為提高機(jī)身整體剛度，裝置采用龍門式骨架結(jié)構(gòu)。機(jī)身底座上設(shè)有微調(diào)螺母，可保證工具電極垂直度要求。