CN105382357A - 一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置 - Google Patents

Abstract

一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，属于复合精密、微细特种加工技术领域。本发明中工具电极与工件均被施加以一定频率的超声频振动，有效提高工件的加工效率；超声振动装置结构对称增加了工件加工的稳定性，工件被超声振动装置辅助以超声振动，有助于电加工的横纵向加工；本发明的进给机构优选伺服电机带动工作台机构在滚珠丝杠导轨上微细移动进给，进给机构可联动微细进给，可实现工件的复杂曲面加工。本发明结构新颖，有效提高电加工的加工效率与精度，解决了超声复合电加工在加工深径比大的工件时效率低下，以及很难加工复杂异形面的缺陷。

Description

一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置

技术领域

本发明属于复合精密、微细特种加工技术领域，特别是涉及一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置。

背景技术

难加工材料（如电子陶瓷、高温合金、硬质合金等）、复杂异形面（如三维曲面、异型孔槽等）零部件的制造已成为现代制造科学的研究热点，其核心问题在于如何解决精密、微细加工难题。

在微细特种加工技术领域，有许多加工方法，如微细电火花加工、微细电解加工、微细超声加工、微细高能束流加工以及由两种或者两种以上加工方法组合而成的微细复合加工方法等。这些加工方法在零部件微精加工中发挥重要作用，解决了切削加工难以实现的精密、微细加工难题。但是，现有微细加工方法在具有优点的同时，亦有其一定的局限性。

现有的超声复合电加工装置是指将超声掁动部件固定在电加工机床的主轴头下部，将脉冲电源连接到工具电极和工件上，加工时，工件向工具电极作伺服进给移动，由于工具电极端面作超声掁动，加工间隙很容易排屑与排气，特别适合于小面积的微孔加工，然而此种复合加工方法不适用于深径比大的工件，更不能用于加工复杂异形面。

超声振动辅助技术是近些年来发展起来的一门新技术，该加工方法高效、环保。超声振动辅助技术的原理是工具头微细移动进给，工件附加超声振动，能有效提高工具加工工件的能力。这种加工方法在导电材料的加工上应用广泛，具有极其重要的理论意义和实用价值，对推动放电加工技术的进步具有重要意义。然而，在本发明之前，还没有一种能充分发挥超声频振动作用的复合型电加工装置，利用超声频振动的工具电极去加工被辅助以超声频振动，可实现三维微细进给的电加工工件。为了推动精密、微细特种加工技术的发展，解决制造业中存在的加工效率低下、复杂曲面难加工的问题，对复合型电加工装置的研究设计势在必行。

发明内容

本发明针对上述超声振动辅助技术存在的不足，提出一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，有效提高电加工的加工效率与精度，解决了超声复合电加工在加工深径比大的工件时效率低下，以及很难加工复杂异形面的缺陷。

本发明的技术方案是：一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，包括机构底座、设置在机构底座上的支撑架以及工件；其特征在于：所述机构底座上设有进给机构，所述进给机构由横向进给机构、纵向进给机构和轴向进给机构组成，所述轴向进给机构上固定设有超声振动装置，所述超声振动装置由振动装置底板、支架板、超声换能器和变幅杆构成，所述振动装置底板上设有工作台，所述工件置于所述工作台的上方，所述支撑架的上端设有压电式超声换能器、上变幅杆和工具电极；

所述机构底座一侧还设有电解加工装置，所述电解加工装置由超声电源、信号转发器、电解单元、超声辅助单元和调节控制电路组成，所述调节控制电路置于所述电解单元和超声辅助单元之间；

所述电解单元由电解电源、限流电阻、超声斩波电路组成；

所述超声辅助单元由超声波发生器和功率放大电路组成；

所述功率放大电路的一端与所述超声换能器相接，所述功率放大电路的另一端和所述超声斩波电路合并连接在所述信号转发器上，所述工作台与所述超声斩波电路作用相接，所述信号转发器和超声电源串联作用在所述压电式超声换能器上，所述工具电极正对所述工件并进行超声频机械振动。

所述进给机构由轴向进给机构、纵向进给机构和横向进给机构组成，轴向进给机构设置于纵向进给机构上方，纵向进给机构下方设置有横向进给机构，横向进给机构设在机构底座的横向导轨上，轴向进给机构、纵向进给机构和横向进给机构中都设有伺服电机与滚珠丝杠导轨，实现联动微细进给。

所述超声振动装置由振动装置底板、支架板、超声换能器和下变幅杆构成，振动装置底板通过螺栓固定在轴向进给机构上，支架板通过螺钉固定在振动装置底板上，超声换能器和下变幅杆均置于支架板上；支架板、超声换能器和下变幅杆配套安装且数量相同。

所述支架板的数量为4个。

所述振动装置底板的中间设有拥有支撑工作台的凸台，凸台对称分布在振动装置底板的中心，凸台的数量为4个。

所述超声波发生器为频率可调式发生器。

所述电解电源选用5000HZ的高频率脉冲电源。

所述限流电阻为可调节电阻。

本发明装置用于放电加工时，选用绝缘性工作液，而用于电解加工时，选用低浓度电解液，其中均掺入W10碳化硼磨料；所述进给机构中的伺服电机连接到计算机控制装置，用于控制工件微细进给与快速后退；同时进给机构中还设有位移检测装置，可实时检测工件加工位置，计算出工件与工具电极间的最小间隙，实现工件的微细精加工。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，结构新颖，提高了工件的加工效率与精度，解决了超声复合电加工在加工深径比大的工件时效率低下，以及很难去加工复杂异形面的缺陷。超声振动装置使工作台带动工件辅助以超声振动，有助于电加工横纵向加工，提高加工效率，装置结构对称增加了工件加工的稳定性。本发明驱动伺服电机带动工作台机构在滚珠丝杠导轨上微细移动进给，进给机构可联动微细进给，实现工件的复杂曲面加工。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明中超声振动装置结构示意图。

图3为本发明中超声激励装置结构示意图。

图4为本发明中振动装置底板结构示意图。

图中：1超声电源、2信号转发器、3电解电源、4限流电阻、5超声斩波电路、6调节控制电路、7功率放大电路、8超声波发生器、9压电式超声换能器、10上变幅杆、11工具电极、12工件、13工作台、14超声振动装置、15螺栓、16轴向进给机构、17纵向进给机构、18横向进给机构、19机构底座、20支撑架、21振动装置底板、22第一支架板、23第二支架板、24第三支架板、25第四支架板、26超声换能器、27下变幅杆、28双头螺钉孔、29螺钉通孔、30凸台、31螺钉孔、32螺栓通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-4所示，一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，包括机构底座19、设置在机构底座19上的支撑架20以及工件12；机构底座19上设有进给机构，进给机构由轴向进给机构16、横向进给机构18和纵向进给机构17组成，轴向进给机构16上固定设有超声振动装置14，超声振动装置14由振动装置底板21、支架板、超声换能器26和变幅杆10构成，振动装置底板21上设有工作台13，工件12置于工作台13的上方，支撑架20的上端设有压电式超声换能器9、上变幅杆10和工具电极11；工具电极11设置在变幅杆10的下端面；工件12固定在工作台13正上方；工作台13放置于超声振动装置14的正中心处。

轴向进给机构16设置于纵向进给机构17上方，纵向进给机构17下方设置有横向进给机构18，横向进给机构18设在机构底座19的横向导轨上，轴向进给机构16、纵向进给机构17和横向进给机构18中都设有伺服电机与滚珠丝杠导轨，实现联动微细进给。

机构底座19一侧还设有电解加工装置，电解加工装置由超声电源1、信号转发器2、电解单元、超声辅助单元和调节控制电路6组成，调节控制电路6置于电解单元和超声辅助单元之间，可实时调节电解单元和超声辅助单元的超声频振动信号的占空比与相位关系。

电解单元由电解电源3、限流电阻4、超声斩波电路5组成；超声斩波电路5可控制电解单元开断，实现加工区放电频率与工具电极11振动一致；

超声辅助单元由超声波发生器8和功率放大电路7组成；

功率放大电路7的一端与超声振动装置14中的4个超声换能器26连接；超声波发生器8频率可调，产生的超声信号经过功率放大电路7，由所述超声换能器26转换，再由变幅杆27放大，实现工作台13的超声频振动；功率放大电路7可根据控制调节电路6设置来调节超声信号的强弱，进而控制工作台13的振动幅度。

功率放大电路7的另一端和超声斩波电路5合并连接在信号转发器2上，工作台13与超声斩波电路5作用相接，信号转发器2和超声电源1串联作用在压电式超声换能器9上，所述超声电源1可产生连续可调的超声频交变电信号，经过所述压电式换能器9和所述变幅杆10转换放大后连接所述工具电极11，所述工具电极11端面将产生超声频机械振动。

如图2所示，超声振动装置14由振动装置底板21、支架板、超声换能器26和下变幅杆27构成，振动装置底板21通过螺栓15固定在轴向进给机构16上，支架板通过螺钉固定在振动装置底板21上，超声换能器26和下变幅杆27均置于支架板上；支架板、超声换能器26和下变幅杆27配套安装且数量相同，变幅杆27端部正对准所述工作台13，支架板的数量为4个，支架板(22、23、24、25)下端两边设有螺钉通孔29，支架板(22、23、24、25)通过螺钉固定在超声振动装置底板21上。振动装置底板21的中间设有拥有支撑工作台13的凸台30，凸台30对称分布在振动装置底板21的中心，凸台30的数量为4个。

超声波发生器8为频率可调式发生器。电解电源3选用5000HZ的高频率脉冲电源。限流电阻4为可调节电阻，能调节电解单元单次放电能量，同时减小回路电流，起到一定短路保护作用。

本装置的加工类型依赖于工作液的选择，选用绝缘性工作液时可用于工件12的放电加工，选用低浓度电解液时可用于工件12的电解加工，其中，工作液中均需掺入W10碳化硼磨料。

实际加工过程中，进给机构（16、17、18）中的伺服电机连接到计算机控制装置，用于控制工件12的微细进给加工与快速后退；同时进给机构（16、17、18）中还设有位移检测装置，可实时检测工件12加工位置，计算出工件12与工具电极11间的最小间隙，实现工件12的微细精加工。

Claims (8)

1.一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，包括机构底座(19)、设置在机构底座(19)上的支撑架(20)以及待加工工件(12)；其特征在于：所述机构底座(19)上设有进给机构，所述进给机构由横向进给机构(18)、纵向进给机构(17)和轴向进给机构(16)组成，所述轴向进给机构(16)上固定设有超声振动装置(14)，所述超声振动装置(14)由振动装置底板(21)、支架板、超声换能器(26)和变幅杆(10)构成，所述振动装置底板(21)上设有工作台(13)，所述待加工工件(12)置于所述工作台(13)的上方，所述支撑架(20)的上端设有压电式超声换能器(9)、上变幅杆(10)和工具电极(11)；

所述机构底座(19)一侧还设有电解加工装置，所述电解加工装置由超声电源(1)、信号转发器(2)、电解单元、超声辅助单元和调节控制电路(6)组成，所述调节控制电路(6)置于所述电解单元和超声辅助单元之间；

所述电解单元由电解电源(3)、限流电阻(4)、超声斩波电路(5)组成；

所述超声辅助单元由超声波发生器(8)和功率放大电路(7)组成；

所述功率放大电路(7)的一端与所述超声换能器(26)相接，所述功率放大电路(7)的另一端和所述超声斩波电路(5)合并连接在所述信号转发器(2)上，所述工作台(13)与所述超声斩波电路(5)作用相接，所述信号转发器(2)和超声电源(1)串联作用在所述压电式超声换能器(9)上，所述工具电极(11)正对所述待加工工件(12)并进行超声频机械振动。

2.根据权利要求1所述的一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，其特征在于：所述进给机构由轴向进给机构(16)、纵向进给机构(17)和横向进给机构(18)组成，轴向进给机构(16)设置于纵向进给机构(17)上方，纵向进给机构(17)下方设置有横向进给机构(18)，横向进给机构(18)设在机构底座(19)的横向导轨上，轴向进给机构（16）、纵向进给机构(17)和横向进给机构(18)中都设有伺服电机与滚珠丝杠导轨，实现联动微细进给。

3.根据权利要求1所述的一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，其特征在于：所述超声振动装置(14)由振动装置底板(21)、支架板、超声换能器(26)和下变幅杆(27)构成，振动装置底板(21)通过螺栓(15)固定在轴向进给机构(16)上，支架板通过螺钉固定在振动装置底板(21)上，超声换能器(26)和下变幅杆(27)均置于支架板上；支架板、超声换能器(26)和下变幅杆(27)配套安装且数量相同。

4.根据权利要求3所述的一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，其特征在于：所述支架板的数量为4个。

5.根据权利要求3所述的一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，其特征在于：所述振动装置底板(21)的中间设有拥有支撑工作台(13)的凸台(30)，凸台(30)对称分布在振动装置底板(21)的中心，凸台(30)的数量为4个。

6.根据权利要求1～5所述的任意一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，其特征在于：所述超声波发生器(8)为频率可调式发生器。

7.根据权利要求1～5所述的任意一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，其特征在于：所述电解电源(3)选用5000HZ的高频率脉冲电源。

8.根据权利要求1～5所述的任意一种超声频振动复合微细放电及电解加工装置，其特征在于：所述限流电阻(4)为可调节电阻。