[发明专利]磁力进给式电解电火花复合加工方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及制造技术中的特种加工领域，特指一种磁力进给式电解电火花复合加工方法和装置。

背景技术

微机电系统(MEMS，Micro-electromechanical Systems)是指可批量制作，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。目前，微机电系统己在通信、新能源、生物医疗、航空航天、精密仪器等领域发挥了重要的作用。以玻璃为代表的绝缘硬脆材料，具有高硬度、耐化学腐蚀、透明和良好的生物相容性等优良属性，在MEMS中的微加速器、微反应器、微型泵、医疗器械和光学系统中应用越来越多，但由于它们的硬脆性使得加工工艺性低下，传统加工工艺很能难对其进行微细加工。

目前针对这些材料的加工方法有激光加工、化学刻蚀、超声加工、电解电火花加工等。激光加工效率高，但是其加工设备昂贵，并且被加工零件表面容易受热影响而出现微裂纹等瑕疵。化学刻蚀加工精度高，但是加工过程工艺复杂，腐蚀速率低，对环境要求高等限制了对其应用的推广。超声加工适用于加工脆性材料，加工时，材料去除率高、表面完整性好，但是在其加工过程中由于机械力的作用容易导致被加工材料出现裂纹以及加工工具的快速损耗。电解电火花复合加工方法效率相对较高、装置简单、成本低、加工柔性好，对绝缘硬脆材料是一种有效的加工方法。

电解电火花复合加工是利用工具电极表面发生电解反应形成气膜层，使电极与溶液之间短期绝缘；当工具电极和工作液之间电位差不断增大至击穿气膜的放电电压时，发生电火花放电，所产生的瞬间高温和冲击波作用于玻璃类绝缘材料表面，使材料被热蚀去除。目前对于电解电火花复合加工运用较多的是对绝缘硬脆材料的孔加工。在孔加工中，电极的进给方式对加工的结果有重要影响。通常采用恒力进给方式，就是在工具电极和工件之间保持一个恒定的压力，也就意味着工具电极和工件之间在加工时始终保持着接触。恒力进给中比较易于实现的是利用配重使电极和工件间保持恒定压力，这种方法简易有效。但重力进给的缺点是：整个加工过程中电极和工件之间的压力恒定，不能控制改变。当材料厚度很小，或者随着加工的进行，剩余材料厚度很小时，材料可能会直接被压力破坏，从而影响加工精度，并且机械结构间的摩擦和阻尼使得控制精度受到影响，需要给予良好的润滑。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述的缺点，提出了一种磁力进给式电解电火花复合加工方法和装置。利用磁场同性相斥的原理使得工件进给、并和工具电极保持恒力接触，同时通过将力传感器检测到的工具电极与工件的接触力大小以及距离传感器检测到的工件被加工深度作为输入信号，上传到控制系统，来控制电解电火花加工的进给过程。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种磁力进给式电解电火花复合加工装置，其特征在于，包括电解电火花加工系统、工件垂直运动系统、力反馈和加工深度反馈调节系统；

所述电解电火花加工系统包括机床、工作槽、可调脉冲电源、工具电极、辅助电极，所述工具电极连接所述可调脉冲电源负极，所述辅助电极连接所述可调脉冲电源正极，所述工作槽中能够容纳碱性溶液，所述机床位于工作槽的上方，所述工具电极装在机床上、且工具电极的头部位于所述工作槽内；

所述垂直运动系统包括滑轨、滑块、滑座、上电磁装置、下电磁装置，所述滑轨固定在所述工作槽的底面上、且垂直于工作槽的底面，所述滑座上表面设有用于夹持被加工工件的夹持装置，所述滑块安装在所述滑座的侧面且安装在所述滑轨内，所述上电磁装置安装在滑座内，所述下电磁装置安装在滑轨底部，所述上电磁装置与下电磁装置能产生相向的同性磁场；

所述力反馈和加工深度反馈调节系统包括力传感器、距离传感器、数据采集卡、计算机、数控稳压电源，所述力传感器和所述距离传感器与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡与所述计算机相连，所述计算机与所述数控稳压电源相连，所述数控稳压电源还与所述上电磁装置和所述下电磁装置相连；所述力传感器安装在所述机床的Z轴上，所述距离传感器固定在滑轨上方，并且在加工过程中所述距离传感器的顶针和所述滑座上表面保持接触。

优选地，所述被加工工件为绝缘硬脆材料，所述工具电极为碳化钨电极，所述辅助电极为石墨电极，所述可调脉冲电源电压0～60V、频率1～5000Hz、占空比0～100％。

优选地，所述滑轨、滑块的数量均为两个，两个滑轨相向设置，所述下电磁装置位于两个滑轨之间，两个滑块分别装在所述滑座相对的两个面上、并分别装于所述两个滑轨中。