[发明专利]一种复合曲面聚焦超声振动电火花打孔装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种复合曲面聚焦超声振动电火花打孔装置，包括机床部件，复合曲面聚焦超声电火花打孔部件，电气控制装置；机床部件包括：底座、运动平台、工件固定台、密封围栏、工作液、粗调机构、微调机构；复合曲面聚焦超声电火花打孔部件包括电极丝送丝装置、复合曲面聚焦超声换能器和电极丝导向器。本发明采用复合曲面聚焦超声振动电火花打孔方式，复合曲面聚焦超声换能器产生的柱状聚焦能量作用于电火花打孔区域，有效的弥补了传统工作液超声振动能量利用率低的缺点，改善电火花微孔加工时碎屑排出以及消电离的条件，从而提高电火花加工微孔的加工效率和加工质量。

技术领域

本发明涉及难加工金属材料的特种加工技术领域，具体说是一种复合曲面聚焦超声振动电火花打孔装置。

背景技术

随着科技的发展，航空航天、汽车及化工等行业对微孔的加工需求日益增加，如航空发动机涡轮叶片，发动机燃油喷嘴以及化纤喷丝板等，此类零件材料多为硬质合金、耐热钢和高温合金等高强度、高硬度材料。传统的电火花加工方式在此类零件上进行微孔加工时其工作效率较低，同时随着制孔深度增加，排屑以及消电离条件逐渐变差，难以实现稳定加工，甚至无法加工。为了解决目前存在的这类问题，在现有的电火花加工方式的基础上，本发明提供了一种新型的超声振动电火花打孔装置，采用一种复合曲面聚焦超声振动电火花打孔的方式，该装置工作时可形成一种柱状聚焦区域，复合曲面聚焦超声产生的柱状聚焦能量作用于电火花打孔区域，有效弥补了传统工作液超声振动能量利用率低的缺点，改善了电火花打孔时碎屑排出以及消电离的条件，从而提高了孔的加工效率和加工质量。

发明内容

本发明提供了一种新型的复合曲面聚焦超声振动电火花打孔装置，目的是为了克服现有的电火花加工深微孔时存在的问题，提高加工效率和加工质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种复合曲面聚焦超声振动电火花打孔装置，其特征在于，包括机床部件，复合曲面聚焦超声电火花打孔部件，电气控制装置；

机床部件包括：底座、运动平台、工件固定台、密封围栏、工作液、工件、电极丝送丝装置、粗调机构、微调机构；运动平台安装在底座上方，工件固定台安装在运动平台上方，工件固定在工件固定台上，密封围栏与工件固定台连接并作密封处理，工作液放置在密封围栏中，粗调机构安装在底座的一侧，微调机构与粗调机构通过螺母副连接；

复合曲面聚焦超声电火花打孔部件与微调机构连接；复合曲面聚焦超声电火花打孔部件包括电极丝送丝装置和复合曲面聚焦超声换能器，电极丝导向器；复合曲面聚焦超声换能器通过其法兰盘与电极丝送丝装置连接，并设置在电极丝送丝装置下方，电极丝导向器与复合曲面聚焦超声换能器同轴固定并安装在其下方；

复合曲面聚焦超声换能器包括预紧螺钉、后盖板、压电陶瓷片、复合曲面聚焦变幅杆；预紧螺钉依次穿过后盖板、压电陶瓷片和复合曲面聚焦变幅杆，并通过预紧螺钉同轴压紧，预紧螺钉和复合曲面聚焦变幅杆中心均设置有通孔用于电极丝通过；

复合曲面聚集变幅杆的内表面由平面A、球面B以及曲面C组成，平面A在与Z轴夹角为 (0°，±α°)的范围内，球面B在与Z轴夹角为(±α°，±(α+β)°)的范围内，曲面C在与Z轴夹角为(±(α+β)°，±(α+β+γ)°)的范围内；设球面B的中心为坐标原点O，则复合曲面聚集变幅杆的内表面在XoZ平面第一象限投影的参数方程可以表示为：

式中a、b、R、L、α、β、γ为非负实数，且a≥R≥b，α+β+γ≤90°，R=n₁λ，L=n₂λ，n₁，n₂为正整数，λ为复合曲面聚焦超声换能器进行聚焦超声振动的波长。

采用上述的一种复合曲面聚焦超声振动电火花打孔装置进行微孔加工时，复合曲面聚焦超声换能器可在微孔加工区域形成直径φ和高度h的柱状焦域，针对不同直径不同孔深的微孔加工，可通过改变a、b、R、L、α、β、γ参数对柱状焦域的直径φ以及高度h进行调节，从而实现超声振动能量对微孔加工区域的准确辐射。