浙江至德鋼業有限公司技術人員對小口徑不銹鋼管拋光試驗用樣機的設計將主要圍繞樣機加工裝置主體中的工具電極組件、工具電極往復驅動平臺及其數控系統、電解液加熱循環及過濾系統進行。首先要改變加工裝置主體的總體結構設計，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、步進電機、滾珠絲杠組件、X-Y微調平臺、機架及輔助支承結構組成，結合如圖所示結構，現對其各組件進行詳細介紹。采用水浴加熱的方法具有使被加熱溶液受外界影響小，受熱均勻等優點。本裝置所采用水浴鍋為浙江至德鋼業有限公司產的單孔恒溫水浴鍋，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。水浴鍋容器內徑為200mm，內膽為SUS304不銹鋼材料，耐腐蝕性強。

    在對小口徑不銹鋼管道內壁進行拋光過程中，管道自身軸線與工具電極軸線的同軸度好壞直接會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，甚至會導致工具電極與工件的直接接觸，影響加工的進行。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，組件內部設有管道連接部分，實現電解液循環管道與工件電極的連接，其結構示意圖如圖所示。該組件直接安裝于電解液槽內部，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。工件電極下端通過絕緣密封圈與管道相連接。安裝組件內設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構設計、工具電極旋轉功能以及旋轉體供電等問題，其結構設計如圖所示。為減弱小口徑不銹鋼管拋光過程中濃差極化等問題，加快電解液的更新，降低對循環泵的要求，本文對工具電極結構進行特殊設計。在工件電極表面加工出螺旋溝槽結構，并結合工具電極旋轉，可以有效的增大在電化學拋光過程中電解液的軸向與環向流動。參考現有加工工具，本文采用螺旋角為300的高速鋼麻花鉆作為工具電極進行拋光實驗，形狀如圖所示，內部溝槽截面輪廓形狀呈圓弧型。同時，工具電極表面通過絕緣處理被分割成多段，導電段與絕緣段長度均為30mm，配合以Z軸自動進給裝置，以達到減弱軸向氣泡量堆積所產生的影響。在主軸組件的設計過程中，所采用的直流電機為775大扭力直流電動機，額定電壓為12V，該電機具有扭矩大，轉速線性調整程度高，轉速穩定性強等特點，轉速在OV-12V內可調范圍為0-15000rpm，電機徑向跳動小于0.02mm。前文已經提及，在裝置設計過程中應盡量避免拋光電流通過機身或電機，‘因此主軸組件中需要引入絕緣零件。同時，為防止因聯軸器連接而引入的徑向跳動及安裝誤差，絕緣階梯軸采用過盈配合方式與電機輸出軸直接相連。絕緣階梯軸下端通過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。

    該組件設計要求中尤為重要的部分是工具電極的連續給電機構，由于工具電極在拋光過程中處于連續旋轉狀態，如何連續且穩定的為工具電極供電是該部分設計的難點。本文參考交直流電機供電方案，采用碳刷結構為工具電極供電，具體結構如圖所示。與工具電極滑動接觸部分采用勵磁機碳刷，主要由銅粉和碳粉混合燒制而成，具有自潤滑特性。碳刷架內部設有兩根預緊拉簧，可確保碳刷與旋轉軸的充分接觸。采用滾珠絲杠滑動模組控制工具電極在Z軸方向的往復移動，具體結構如圖所示。裝置所采用的步進電機為42BYGH47-40IA型兩相混合式步進電機，基具體技術參數如表所示。滾珠絲杠具有摩擦損耗小，傳動效率高及運動控制精度好等特點。特別是由于滾珠絲杠副是利用滾珠運動達到平臺移動的效果，啟動力矩小，不會出現滑移運動等爬行現象，能實現高精度的微量進給。浙江至德鋼業有限公司所采用滾珠絲杠技術參數如表所示。結合步進電機步距角可計算出Z軸方向最小位移精度為0.06mm，可實現Z軸方向的精確位移控制。同時，根據實驗要求，裝置Z軸的有效加工行程可達到200mm。為防止Z軸的超程移動，在行程兩端安裝有點觸式機械行程開關。

    最后，為滿足技術要求中關于工具電極軸線與工件電極同軸度的設定，本文采用X-Y微調平臺來保證定位精度，具體技術參數如表所示。在實際加工過程中，采用接觸電流顯示法進行定位處理。在電解電路打開的基礎上，將高速旋轉下的工具電極伸入工件內部，移動X軸，分別接觸工件電極內壁，觀察電流變化，記錄當前位置，進而確定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上，移動Y軸以獲得工件電極軸線位置，并鎖死移動平臺。為提高機身整體剛度，裝置采用龍門式骨架結構。機身底座上設有微調螺母，可保證工具電極垂直度要求。