[发明专利]超声调制微细电化学加工实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声调制微细电化学加工实验系统，属于复合精密、微细 特种加工技术领域。

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。

在精密微细特种加工技术领域，电化学加工以“分子”级单位去除加工， 具有微精加工的机理优势，存在实行微细加工甚至纳米级加工的可行性。其中， 基于电化学阳极溶解的电解加工由于大电流时的杂散腐蚀作用、精度较难控制、 而微电流电解由于钝化作用，加工过程难以持续。采用高频、窄脉冲微细电解 可消除钝化，实现小间隙微精加工。目前有选用高频窄脉冲电源，将超声与电 解复合用于大电流密度下的高速大去除量加工，提高了加工的效率。然而微小 间隙过程变化复杂，若无精密微位移进给系统和及时去除加工杂质的电解液系 统，电解加工过程随时可能发生短路，这无疑将造成工具、工件烧伤报废，影 响到加工过程的安全持续运行。

在超声复合电解加工实践中，因电极与加工工件间存在复杂多变的物理、 化学过程，加工深度越深，加工过程的稳定性越难以持续保持，如没有完善的 超声辅助系统、电解加工系统、伺服进给系统、电解液系统、短路保护系统， 就不能对加工过程进行及时有效的在线参数的调节与控制，加工过程将不稳定， 同时加工效率、精度均将下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声调制微细电化学加工实验系统，解决上述问 题中加工深度不可实时准确调节控制的缺陷，解决随着加工深度增大，加工过 程中出现的稳定性低、加工效率低、加工精度下降的缺陷，通过本发明可准确 检测加工区的间隙大小，实现工件的恒速进给加工，工作液的循环更新有效排 除加工产物，利用超声辅助电解加工以提高加工效率，增加短路保护装置以提 高加工安全度，本发明在提高工件加工效率与加工稳定性同时，可有效提高加 工精度、提高加工表面质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：超声调制微细电化学加工实验 系统，其特征是，包括超声振动系统、电解加工系统、同步斩波系统、伺服进 给系统、短路保护系统、电解液循环系统、在线参数调节系统、PLC装置；

所述超声振动系统包括超声电源、压电式换能器、压电陶瓷片、变幅杆、 工具电极；所述电解加工系统包括数字存储示波器、脉冲电源、限流电阻、电 流传感器、电压传感器、加工工件；所述同步斩波系统包括同步斩波器、激光 微位移传感器、超声振动测量基准片；

所述伺服进给系统包括Z进给机构、X进给机构、Y进给机构、电机驱动器、 升降台、工作台、位移传感器，所述Z进给机构包括伺服电机、减速器、滚珠 丝杠；所述短路保护系统设有电磁阀开关；

所述电解液循环系统包括温度传感器、电导率传感器、纯净水、电解质、 储液槽、出液管、进液管；所述在线参数调节系统设有控制计算机；

所述超声振动系统中，压电式换能器与超声电源连接，变幅杆一端与压电 陶瓷片连接，另一端连接工具电极，超声电源产生连续可调的超声频交变电信 号，经过压电式换能器、压电陶瓷片和变幅杆转换放大后传递至工具电极，工 具电极的端面产生同频超声频机械振动，并作用于加工工件，加工工件置于设 有电解液的工作台内；

所述电解加工系统中，限流电阻串联在电解加工系统中，可调节单个脉冲 放电能量，其分别连接变幅杆与脉冲电源；所述脉冲电源还分别连接数字存储 示波器、电流传感器，电流传感器也连接于数字存储示波器，并将电解加工系 统中的电流信号转换为电压信号，由数字存储示波器进行显示、测量、存储， 用数字存储示波器的两个通道，可观测超声振动位置与电源加电电压的同步精 度与变化情况；数字存储示波器与控制计算机连接，数字存储示波器的电信号 可由串行口传送到控制计算机中显示、处理；电压传感器一端连接PLC装置， 另一端连接工具电极与加工工件，可测得电解加工时的极间电压值；