电解加工大导程滚珠螺母的流场及成形规律研究

大导程精密滚珠螺母是数控机床等装备实现高速精密进给的关键零件，针对现有机械加工制造工艺（磨削、铣削、硬车等）存在的问题，本课题提出一种球头阴极电解加工滚珠螺母内螺旋滚道的新方法，与现有加工方式比较，电解工艺不会产生干涉现象，没有高速运动部件，球头工具没有损耗，加工效率不低于磨削、车削。.课题将针对新工艺中关键的加工稳定性和加工精度问题，通过理论建模、仿真、试验进行深入研究。拟重点探讨：（1）球头阴极电解加工的特殊流场设计。提出将出液口开向加工区的新思路并通过三维流场理论模型进行分析和验证；（2）20KHz-100KHz高频脉冲电解加工的物理/化学耦合作用机制；（3）螺母滚道的电解加工成形规律；（4）电解加工表面质量及其影响因素，如晶界腐蚀的产生机理及防止措施等，从而为该方法将来的广泛应用奠定理论基础。

课题针对电解加工大导程滚珠螺母滚道的新工艺开展了基础研究。与现有的螺母滚道机械加工方法（磨削、旋风铣削、硬车削等）相比，电解工艺不会产生干涉现象，对机床动态性能的要求不高，且理论上工具没有损耗，能由淬火后的螺母毛坯直接加工获得满足耐磨性要求的螺母滚道成品，如能解决加工精度和稳定性问题，有望发展成为一种很有竞争力的大导程滚珠螺母制造新方法。.课题针对电解加工新工艺中关键的稳定性和加工精度问题，开展了电解加工系统开发、高频脉冲电解加工电源研制、流场分析设计、工艺试验等方面的理论和试验研究工作：（1）研制了较为完整的数字化一体集成控制的电解加工系统：设计了四轴数控电解加工机床，研制了高频脉冲电解电源，设计了较为完善的电解液系统，开发了专用控制系统软件，实现了电解加工设备的高度集成和自动化，为有效精确监控电解加工过程中各项工艺参数、提高工艺稳定性打下了设备基础；（2）利用球头阴极、一次深切电解展成加工的方式，进行了沟槽类结构的电解加工工艺探索，此类加工方式由于降低了对电源的容量要求，为应用更高频率脉冲电源实现更高精度电解加工提供了可能，同时能够最大程度降低因二次电解带来的杂散腐蚀和多次浅切时重复定位误差等对已加工表面精度的不利影响，利于保证滚道的加工精度；（3）利用Comsol Multiphysics等软件对球头阴极电解展成加工螺母滚道的特殊流场进行了3D建模、有限元分析和设计，通过将出液口开向加工区的设计思路，保证了加工过程中流场的均匀稳定，实现了滚道的一次深切稳定加工；（4）先后研制了三代模拟/数字化电解加工脉冲电源，通过采用不同的开关器件（MOSFET和IGBT）,实现了50A、80KHz和100A/500A、20KHz的脉冲输出波形，电源具有高精度的稳压、调压功能（2-35V），波形陡峭，频率、占空比连续可调（2%-80%），设计的能量释放模块可以有效保护意外短路引起的工件和工具烧伤；（5）研究了高频脉冲电解加工工艺，通过平面沟槽、螺母滚道的脉冲电解加工工艺试验，对高频脉冲电源电参数的影响规律及其物理/化学耦合作用机制开展了研究；（6）对球头阴极电解加工螺母滚道的工艺进行了基础研究，分析了其基本成形规律、加工精度、表面质量、加工稳定性等的影响因素及工艺措施，初步验证了电解加工螺母滚道新工艺的可行性。课题的研究为螺母滚道电解加工方法的进一步推广应用打下基础。