[发明专利]电铸层厚度可智能化控制的电铸机

说明书

技术领域

电铸层厚度可智能化控制的电铸机床是一种全新的能对电铸层厚度进行精确控制的电铸加工设备。本发明通过数控装置、伺服系统、位移传感器、电磁铁和执行机构对电铸加工进行厚度测量及厚度智能控制，属于机械加工中的特种加工领域。

背景技术

电铸加工是利用电化学加工过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在阴极原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离出与原模表面凸凹形状相反的金属制品。如今，电铸加工的主要用途是精确复制微细、复杂和某些难于用其他方法加工的特殊形状模具及工件等，例如制作纸币和邮票的印刷版、金属艺术品复制件等。目前国内对电铸成型的研究主要集中在厚度均匀的电铸以及微电铸方面，现有电铸成型存在的缺陷是，由于电铸加工只是靠原模实现一个面的精确复制，而电铸件的厚度却不能实现精确控制，从而使另一面的形状不能满足精度要求，因此在电铸完成后还要对电铸件进行精加工，这就使得加工周期较长，且加工过程繁琐。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种电铸层厚度可智能化控制的电铸机，省去了普通电铸后还要进行的后续精加工，实现不同位置不同厚度的精确控制，能满足高精度及厚度可控的提纯电铸加工要求。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电铸层厚度可智能化控制的电铸机，包括机床床身、电铸槽、直流电源，直流电源分别与阳极板、阴极原模连接，还包括工控机、水平磁场及磁场控制装置、垂直磁场及磁场控制装置、位移传感器及其运动控制装置，位移传感器的前端靠近电铸件阴极原模，位移传感器与位移传感器移动装置连接，电铸槽的中间设有能够开合的塑料导流板，塑料导流板中心开有圆孔，导流板将电铸槽分为左右腔，阳极板、阴极原模分别设于电铸槽的左右腔内，水平磁场设于电铸槽水平面两侧，垂直磁场设于电铸槽的上下两侧，水平电磁铁对及垂直电磁铁对分别产生水平和竖直的匀强磁场，其中水平磁场方向可调（角度）、竖直方向磁场强度的大小及极性可调；工控机分别与位移传感器、位移传感器移动装置、水平磁场控制装置、垂直磁场控制装置连接，工控机通过开关与直流电源连接。位移传感器运动控制装置的功能是将传感器置于阴极原模外设定距离处，测量已沉积的金属表面各点距离传感器探头的距离。

水平磁场控制装置包括旋转臂、第一电磁铁、第一伺服电机/步进电机，其中相对应的两个第一电磁铁固定在旋转臂对称的两侧，旋转臂的中心线固定在电解池的中心线上，第一伺服电机通过减速器带动旋转臂转动，第一伺服电机与工控机连接，其旋转角度受工控机控制，从而控制水平磁场方向，从而使从圆孔中出来离子在竖直方向的运动角度发生偏转，实现离子在阴极铸件平面上的准确竖直位置沉积。

竖直磁场控制装置包括上直流电磁铁、下直流电磁铁、滑动变阻器，其上电磁铁、下电磁铁分别固定在电极板之间电场的上面和下面，滑动变阻器分别与上电磁铁、下电磁铁的线圈连接，第二伺服电机通过丝杠螺母副与滑动变阻器的电阻滑块连接，第二伺服电机与工控机连接，电阻滑块的位移受工控机控制，从而控制竖直磁场强度大小和极性，从而使从圆孔中出来离子在水平方向的运动角度发生偏转，实现离子在阴极铸件平面上的准确水平位置沉积。

通过水平和竖直两个方向的伺服电机联动，实现离子在阴极铸件平面上的准确位置沉积。

位移传感器移动装置包括床身上设置的机床导轨、滚珠丝杠、立柱，立柱与机床导轨连接，立柱上设有立柱导轨、滚珠丝杠、悬臂梁，悬臂梁设有悬臂梁导轨、滚珠丝杠、测量杆，位移传感器与测量杆末端连接，所述测量杆、悬臂梁、立柱分别与伺服电机连接，伺服电机与工控机连接，测量杆左右、前后和上下移动的位移受工控机控制，光纤位移传感器测量的是已铸表面到传感器的直线距离，工控机通过伺服电机控制三根轴移动使光纤位移传感器对电铸沉积表面进行逐点扫描，得到电铸件表面各点沉积厚度的测量值，然后与试件最终厚度尺寸进行比较，该差值和其对应点的位置坐标作为水平磁场伺服电机和竖直磁场伺服电机控制的输入，利用洛伦兹力的作用控制从圆孔中出来离子在水平和竖直方向的偏转角度，实现离子在阴极铸件平面上的准确位置沉积。当该点的厚度尺寸达到目标值时，工控机就会使水平和竖直两个磁场方向的伺服电机运动，改变水平和竖直磁场从而引导金属离子运动到厚度还未达到设定值的其它位置，并继续沉积，重复上述过程，直到阴极铸件平面上各点的厚度达到理论设计尺寸为止，该试件的加工就完成了。

电铸槽内设有恒温控制装置，恒温控制装置与工控机连接，槽内电解液温度受工控机控制。