[发明专利]超声调制微细电化学加工实验系统

摘要

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。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。本发明将微细电解加工与超声频振动同频、同步，通过超声频振动作用消除电解钝化膜，有效改善加工间隙；工作台由伺服电机带动进给，加工间隙与加工速度可控制调节；电解极间电流被实时检测，能及时切断电解加工回路的电流，实现短路保护功能；电解液系统电解液循环流动更新，冲走电解产物，电解液的配置可根据实验要求实时调节控制。本发明实现微细电化学实验系统参数的可实时在线配置调节，实现了系统化、智能化、高精度和高效率的加工目标。

主权项

一种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(30)；所述超声振动系统包括超声电源(2)、压电式换能器(9)、压电陶瓷片(10)、变幅杆(11)、工具电极(13)；所述电解加工系统包括数字存储示波器(3)、脉冲电源(4)、限流电阻(5)、电流传感器(6)、电压传感器(27)、加工工件(16)；所述同步斩波系统包括同步斩波器(8)、激光微位移传感器(12)、超声振动测量基准片(14)；所述伺服进给系统包括Z进给机构、X进给机构(24)、Y进给机构(25)、电机驱动器(31)、升降台(22)、工作台(15)、位移传感器(19)，所述Z进给机构包括伺服电机(23)、减速器、滚珠丝杠(21)；所述短路保护系统设有电磁阀开关(7)；所述电解液循环系统包括温度传感器(28)、电导率传感器(29)、纯净水(32)、电解质(33)、储液槽(37)、出液管(39)、进液管(40)；所述在线参数调节系统设有控制计算机(1)；所述超声振动系统中，压电式换能器(9)与超声电源(2)连接，变幅杆(11)一端与压电陶瓷片(10)连接，另一端连接工具电极(13)，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(16)，加工工件置于设有电解液的工作台(15)内；所述电解加工系统中，限流电阻(5)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(4)还分别连接数字存储示波器(3)、电流传感器(6)，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(3)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(3)与控制计算机(1)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(27)一端连接PLC装置(30)，另一端连接工具电极(13)与加工工件(16)，可测得电解加工时的极间电压值；所述同步斩波系统中，激光微位移传感器(12)位于超声振动测量基准片(14)上方，并与同步斩波器(8)连接，对工具电极(13)位置进行动态快速测量，将其转换为包含超声振动频率、相位、幅值信息的电信号传送给同步斩波器(8)；同步斩波器产生关闭与开通的斩波信号，控制所述电解加工系统的开通与关断，使电解加电与所述工具电极的超声频振动实现同频、同步，提高电解加工工件的效率；所述伺服进给系统中，还包括支撑架(18)、装置底座(26)，X进给机构(24)固定于Y进给机构(25)，Y进给机构固定于装置底座，支撑架置于工作台下方，并固定于X进给机构(24)上；Z进给机构的伺服电机(23)安装于支撑架内，与减速器配套使用，伺服电机(23)由电机驱动器(31)驱动运行，电机驱动器连接于PLC装置(30)；所述升降台(22)、滚珠丝杠(21)均置于支撑架的内部空腔，滚珠丝杠(21)穿过升降台中部与伺服电机连接，并在伺服电机的驱动下，带动升降台上下移动；所述工作台(15)正下方设有工作台底座(17)，工作台底座插入支撑架的内部空腔，并置于升降台上方，升降台上下移动，带动工作台作Z向进给移动，工作台(15)下方设置有可实现检测升降距离变化的位移传感器(19)，该位移传感器连接于PLC装置(30)；所述短路保护系统中，电磁阀开关(7)分别连接电流传感器(6)、同步斩波器(8)，且电磁阀开关与电流传感器一并连接于PLC装置(30)，一旦电流传感器检测到电解短路信号，PLC装置(30)通过电磁阀开关使所述电解加工系统断电，防止因短路对工具电极(13)或加工工件(16)的损坏，起到了短路保护的作用；所述电解液循环系统中，温度传感器(28)与电导率传感器(29)用于检测工作台(15)内电解液的温度与分析电解液的电解质的成分对比，且两传感器均连接于PLC装置(30)，纯净水(32)与电解质(33)的容器下分别设有纯净水电磁阀开关(34)、电解质电磁阀开关(35)；工作台(15)与储液槽(37)通过出液管(39)与进液管(40)连接，出液管上设有出液管电磁阀开关(36)，进液管上设有离心泵(42)与过滤器(41)，离心泵由泵用电动机(43)控制，泵用电动机、纯净水电磁阀开关、电解质电磁阀开关、出液管电磁阀开关均连接于PLC装置(30)，进液管与出液管的端口分布于储液槽(37)内两端，两端口之间设有过滤网(38)，有效过滤掉电解加工排除的颗粒杂物；所述在线参数调节系统中，控制计算机(1)连接超声电源(2)、数字存储示波器(3)、激光微位移传感器(12)、PLC装置(30)，控制计算机通过实时采集实验加工过程数据，对加工过程进行实时参数数据的调节，进而控制超声振动系统、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，通过对整个实验系统实时在线参数配置，实现对实验系统的控制调节。