内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统及方法，解决目前深孔、型腔及内部通道加工效率低的问题，可以提高加工效率并降低加工表面粗糙度。系统主要包括：运动控制装置、电流检测控制装置、电解液循环装置、超声波振动装置和内喷式管状导电磨头。运动控制装置实现控制主轴高速旋转和进给的稳定性；电流检测控制装置实时检测加工过程中电流大小和控制突变电流产生；电解液循环装置实现电解液的供液、过滤、循环使用；超声波振动装置实现电解液在超声波空化作用下，导电磨头对工件表面钝化膜的快速去除，强化电化学反应；内喷式管状导电磨头避免加工过程中磨头与工件间隙间湍流效应，保持电解液流场稳定。

【技术实现步骤摘要】
内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统及方法
本专利技术涉及深孔、型腔和内部通道电解磨削加工
，特别是涉及一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统及方法。
技术介绍
针对航空航天高端装备中激光增材制造钛合金、镍基高温合金整体构件内部通道表面粗糙度值大、应力与微观组织结构分布变化大和尺寸精度较差等特点，传统的机械加工会导致工件加工区域产生较高的温度和较大切削力，降低刀具寿命。电解磨削加工不受材料强度、硬度和韧性的限制，工件加工表面无残余应力。由于工具电极与工件间会产生电解液湍流现象而导致间隙流场不稳定，影响内部通道的加工表面精度和质量。为了提高加工表面精度，须降低主轴转速，合理控制电解液的流速与流量，该方法仅适用于小批量加工。因此，需提供一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统或方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统及方法，本专利技术将电解磨头杆部设计为管状、磨头在相应的位置开有孔径大小不一的通孔，使加工区域流场均匀分布，电解液在超声振动作用下产生空化效应，强化导电磨头对工件表面钝化膜的去除、使钝化的磨粒及时脱落，避免极间间隙产生电火花放电现象，实现深孔、型腔和内部通道的高效率精密加工。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，包括运动控制装置、电流检测控制装置、电解液循环装置、超声波振动装置和内喷式管状导电磨头，其中，所述运动控制装置连接有主轴，且带动主轴旋转和沿x、y或z轴运动；所述主轴上设置有内喷式管状导电磨头，导电磨头上设置有多个通孔，在加工过程中喷射电解液，保持加工区域内的电解液流场均匀分布；所述电解液循环装置向内喷式管状导电磨头循环供给电解液，所述电流检测控制装置实时检测加工过程中电流大小并防止突变电流产生；所述超声波振动装置在导电磨头喷射电解液的过程中向其施加超声波空化作用，去除工件表面钝化膜，强化电化学反应，实现对工件的深孔、型腔和内部通道的精密加工。进一步的，所述内喷式管状导电磨头，包括半球状磨头及连接杆部，所述连接杆部在相应位置对半球状磨头开通孔，使加工区域流场分布均匀，避免工件加工区域外的杂散腐蚀。进一步的，所述连接杆部开有通液孔，通孔的径向圆周区域及通孔内壁涂覆耐腐蚀绝缘涂层，通过在连接杆部外部设置的外罩的上端面和下端面安装动密封圈进行接触密封，避免连接杆部的电解液外渗。更进一步的，所述外罩的外壁开有进液孔、内壁上设置有环形槽，外罩上端分别与主轴定子和主轴外壳连接。进一步的，所述主轴转子和外罩之间设置有轴承一。进一步的，所述连接杆部和外罩之间设置有轴承二。进一步的，所述超声振动装置包括与连接杆部下端连接的变幅杆，所述变幅杆与超声波换能器连接，超声波换能器与超声波发生器、交流电源通过导线连接。进一步的，所述电流检测控制装置与电解磨头杆连接，所述运动控制装置与实现主轴旋转进给运动X、Y、Z运动块连接。进一步的，所述电解循环装置与外罩注液孔和电解槽连接，通过工控机对主轴转速、进给速度、电解电流、电解电压超声振动频率与振幅进行控制，实现深孔、型腔和内部通道高精度和高效率的电解磨削。进一步的，所述的外罩和涂覆涂层为耐腐蚀绝缘材料。基于上述内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统的加工方法，包括以下步骤：1)待加工工件安装固定到夹具上；2)确定内喷式管状导电磨头与主轴转子旋转进给随动关系、主轴沿x、y和z轴运动的随动关系；3)接通交流电源，根据确定的旋转进给随动关系调节超声波振动装置的振动频率、振幅和主轴的进给速度、转速和内喷式管状导电磨头转速，同时检测控制电解液电流、电压大小和流量大小，使加工区域流场均匀分布，电解液在超声振动作用下产生空化效应，强化导电磨头对工件表面钝化膜的去除、使钝化的磨粒及时脱落，避免极间间隙产生电火花放电现象，实现深孔、型腔和内部通道的高效率精密加工。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术通过对阴极电解磨头杆部及磨头的设计，实现了电解液内喷式输液，弥补了现有喷液方式不足，省去了外喷装置及喷嘴的设计，供液流速、流量合理控制可保证加工区域的电解液流场更为均匀，更适用于深孔、型腔等内部通道的高效加工。2)本专利技术通过设置超声振动装置使电解液产生空化作用，将钝化的磨粒及电解产物及时更新，提高磨头对钝化膜的溶解速率，进一步提高加工精度和加工效率。3)整个系统装置，结构简单，操作方便，可实时调控电解液流速、流量、超声振动频率、振幅、主轴转速和进给速度，能够实现深孔、型腔及内部通道等特殊零件高效精密加工。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术复合加工系统装置结构示意图图2为本专利技术加工部分结构简图图3为本专利技术复合加工系统装置导电磨头结构示意图图中，1.立柱、2.X方向运动块、3.Y方向运动块、4.导线、5.Z方向运动块、6.工控机、7.运动控制卡、8.主轴、9.换能器、10.超声波发生器、11.交流电源、12.电流信号采集卡、13.变幅杆、14.内喷式管状导电磨头、15.电解槽、16.直流电源、17.工件、18.夹具、19.X-Y工作台20.电解液、21.泵、22.霍尔电流传感器、23.伺服阀、24塑料管、25.电刷、26.主轴定子、27.主轴外壳、28.螺栓、29.外罩、30.主轴转子、31.轴承一、32.动密封圈、33.轴承二、34.端盖；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，包括：立柱1、X方向运动块2、Y方向运动块3、导线4、Z方向运动块5、工控机6、运动控制卡7、主轴8、换能器9、超声波发生器10、交流电源11、电流信号采集卡12、变幅杆13、管状导电磨头14、电解槽15、直流电源16、工件17、夹具18、X-Y工作台19、电解液20、泵21、霍尔电流传感器22、伺服阀23、塑料管24、电刷25。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，其特征是：包括运动控制装置、电流检测控制装置、电解液循环装置、超声波振动装置和内喷式管状导电磨头，其中，所述运动控制装置连接有主轴，且带动主轴旋转和沿x、y或z轴运动；所述主轴上设置有内喷式管状导电磨头，导电磨头上设置有多个通孔，在加工过程中喷射电解液，保持加工区域内的电解液流场均匀分布；所述电解液循环装置向内喷式管状导电磨头循环供给电解液，所述电流检测控制装置实时检测加工过程中电流大小并防止突变电流产生；所述超声波振动装置在导电磨头喷射电解液的过程中向其施加超声波空化作用，去除工件表面钝化膜，强化电化学反应，实现对工件的深孔、型腔和内部通道的精密加工。

【技术特征摘要】
1.一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，其特征是：包括运动控制装置、电流检测控制装置、电解液循环装置、超声波振动装置和内喷式管状导电磨头，其中，所述运动控制装置连接有主轴，且带动主轴旋转和沿x、y或z轴运动；所述主轴上设置有内喷式管状导电磨头，导电磨头上设置有多个通孔，在加工过程中喷射电解液，保持加工区域内的电解液流场均匀分布；所述电解液循环装置向内喷式管状导电磨头循环供给电解液，所述电流检测控制装置实时检测加工过程中电流大小并防止突变电流产生；所述超声波振动装置在导电磨头喷射电解液的过程中向其施加超声波空化作用，去除工件表面钝化膜，强化电化学反应，实现对工件的深孔、型腔和内部通道的精密加工。2.如权利要求1所述的一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，其特征是：所述内喷式管状导电磨头，包括半球状磨头及连接杆部，所述连接杆部在相应位置对半球状磨头开通孔，使加工区域流场分布均匀，避免工件加工区域外的杂散腐蚀。3.如权利要求2所述的一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，其特征是：所述连接杆部开有通液孔，通孔的径向圆周区域及通孔内壁涂覆耐腐蚀绝缘涂层，通过在连接杆部外部设置的外罩的上端面和下端面安装动密封圈进行接触密封，避免连接杆部的电解液外渗。4.如权利要求3所述的一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，其特征是：所述外罩的外壁开有进液孔、内壁上设置有环形槽，外罩上端分别与主轴定子和主轴外壳连接。5.如权利要求4所述的一种内部通道超声振动辅助内喷式电解磨削系统，其特征是：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，尹瀛月，刘勇，孔黄海，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37