旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置及方法制造方法及图纸

一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置及方法，在使用微细电解加工机床进行电解钻削得到预孔的基础上进行机床在线换刀操作以避免定位误差，对机床旋转主轴添加轴向超声振动并利用高频脉冲电源对预孔进行电解磨削扩孔加工。利用超声振动的空化作用和强化传质效果对电解液进行扰动，促使加工区域所析出气体和其他电解产物及时排出，使间隙流场和间隙电场更为均匀，以提高加工效率、重复加工精度和表面加工质量。利用高频脉冲电源实现对工件的微量去除，提高加工定域性和尺寸的可控性，以利于精密调节电解加工和机械磨削之间的匹配。本发明专利技术在保证加工效率的同时具有提高小孔加工精度和表面加工质量的作用。

Rotary ultrasonic assisted micro electrolysis grinding reaming processing device and method

A rotary ultrasonic-assisted micro-electrochemical grinding reaming device and method are presented in this paper. On the basis of electrochemical drilling with micro-electrochemical grinding machine tool to obtain pre-hole, the machine tool is changed on-line to avoid positioning error. The rotating spindle of the machine tool is added with axial ultrasonic vibration and the pre-hole is electrolytically grinded with high frequency pulse power supply. Cutting and reaming. The electrolyte is disturbed by the cavitation effect of ultrasonic vibration and the effect of enhanced mass transfer, and the gas and other electrolytic products are discharged in time, which makes the gap flow field and gap electric field more uniform and improves the machining efficiency, repetitive machining precision and surface machining quality. The micro-removal of workpiece is realized by high frequency pulse power supply, which improves the localization and size controllability of machining, so as to adjust the matching between electrochemical machining and mechanical grinding. The invention not only ensures the processing efficiency, but also improves the machining precision of small holes and the surface processing quality.

【技术实现步骤摘要】
旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置及方法
本专利技术属于电解磨削复合加工
，具体涉及一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置及方法。
技术介绍
小孔结构在诸多工程领域应用广泛，如3D打印机喷头、发动机燃料喷嘴、航空发动机叶片气膜冷却孔、化纤喷丝板上的异型孔、仪器仪表上的小孔等。孔壁的表面质量往往决定了小孔零件的质量与性能，因此对小孔超精密加工的需求也越来越迫切。电解磨削复合加工在诸多小孔加工方法中具有高表面加工质量和加工精度的优势，公开号为“CN103447640A”的中国专利技术专利公开了一种实现旋转通液的电解磨削装置及其工作方法，可对内孔、内型腔零件进行电解磨削加工，但其小孔的表面加工质量和加工精度依旧不能满足一些精细工件或超精密加工的需求。为进一步提高小孔的表面加工质量和加工精度，本专利技术将超声振动应用于微细电解磨削加工中，利用超声振动的空化作用和强化传质效果对间隙流场和间隙电场进行优化，可实现对直径在0.5-3mm小孔的超精密加工。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置及方法。本专利技术的第一目的是提供一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，本装置在机床主轴高速旋转的同时对其添加轴向超声振动并利用高频脉冲电源对预孔进行超声辅助电解磨削复合扩孔加工，最终可实现小孔加工精度达到±0.01mm，表面粗糙度优于Ra0.16μm。本专利技术的第二目的是提供一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工方法，本方法利用超声振动的空化作用和强化传质效果对电解液进行扰动，促使加工区域所析出气体和其他电解产物及时排出，使间隙流场和间隙电场更为均匀从而优化电解磨削中电解加工的作用以提高加工效率、重复加工精度和表面加工质量。利用高频脉冲电源可实现对工件的快速微量去除，提高加工定域性和尺寸的可控性，利于精密调节电解加工和机械磨削之间的匹配，从而提高重复加工精度和表面加工质量；同时，高频脉冲电源进行电解磨削具有间隔加工的特性，有利于加工区域产生的热量、气体和其他电解产物在加工间歇期及时排出。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，包括高频脉冲电源、电解加工机床、超声波电加工主轴、可编程变频器、测控系统、电解液槽、可升降平台，其中：所述电解加工机床具有三维运动机构，控制其上设置的超声波电加工主轴沿X、Y、Z方向进行三轴联动；所述可编程变频器通过改变输出频率，控制与之相连的超声波电加工主轴的转速无极变换；所述高频脉冲电源在阳极工件和设置于超声波电加工主轴上的工具电极之间提供脉冲方波电压信号，所述阳极工件水平安装于电解液槽内，所述电解液槽放置于可升降平台上；所述测控系统包括检测高频脉冲电源电流值的电流采集系统、控制超声波电加工主轴超声振动振幅和频率的变频变幅器、测控液面高度的液面控制电路和监控加工情况的CCD视觉检测系统；通过在超声波电加工主轴的高速旋转的同时对其添加轴向超声振动，结合利用高频脉冲电源对工件的预孔进行超声辅助电解磨削复合扩孔加工。进一步的，所述阳极工件为导电金属板。进一步的，所述工具电极包括用于电解铣削的螺旋电极和用于电解磨削的金刚石磨砂球头电极。优选的，所述螺旋电极为碳化钨螺旋柱状电极。优选的，所述金刚石磨砂球头电极，金刚石磨头磨粒为120-1200目。优选的，所述电解加工机床为微细电解加工机床，具有三维运动机构，往复运动精度为±0.1μm，可控制超声波电加工主轴沿X、Y、Z方向进行三轴联动。优选的，所述超声波电加工主轴的转速为0-24000r/min，并通过夹套固定的方式与机床连接。进一步的，所述高频脉冲电源的负极通过导电滑环连接工具电极。进一步的，所述超声波电加工主轴包括超声波发生器、变频变幅器、换能器、变幅杆和超声波电主轴，所述超声波发生器连接变频变幅器，变频变幅器连接换能器,换能器连接变幅杆，变幅杆作用于超声波电主轴上，超声波电主轴工作振幅为0-15μm，工作频率为24-40KHZ，可稳定锁频。所述电流采集系统包括检测高频脉冲电源电流值的霍尔电流传感器、用于采集电流信号的数据采集卡。所述液面控制电路，包括串联的直流电源、LED灯和导电块，利用液面到达指定高度，即导电块设置的高度之后，直流电源、LED灯和导电块导通，LED灯亮来控制并显示液面高度。一种基于上述装置的旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工方法，包括以下步骤：以确定直径的螺旋电极作为阴极工具电极，将其连接在超声波电加工主轴上，以工件为阳极，阳极工件水平安装于电解液槽内，向电解液槽内添加电解液，使得电解液刚好浸没阳极工件上表面；通过控制机床X、Y、Z轴方向的运动将工具电极缓慢接近阳极工件以实现对刀，再将工具电极沿Z轴方向向上微量进给留出初始加工间隙；高频脉冲电源正极连接阳极工件，负极连接工具电极，接通电源，通过可编程变频器控制超声波电加工主轴高速旋转，使超声波电加工主轴沿Z轴方向向下进给实现微细电解钻削加工预孔；达到预定加工深度之后，断开高频脉冲电源，控制机床使主轴沿Z轴方向向上退刀，使螺旋电极退出已加工的预孔，进行在线换刀操作，将螺旋电极换为金刚石磨砂球头电极，进行金刚石磨砂球头电极的对刀操作；设置超声波电加工主轴旋转速度，设置轴向振动振幅和频率，使超声波电主轴夹头顶端的金刚石磨砂球头电极高速旋转并伴随Z轴轴向超声振动；设置高频脉冲电源加工参数，接通高频脉冲电源，控制超声波电加工主轴沿Z轴向下进给实现超声辅助微细电解磨削扩孔加工，直到达到预定加工深度。进一步的，达到预定加工深度之后，断开高频脉冲电源，断开超声波发生器电源，降低超声波电加工主轴转速，控制超声波电加工主轴沿Z轴方向向上退刀，使金刚石磨砂球头电极退出已加工小孔，完成金刚石磨砂球头电极的退刀操作。进一步的，控制液面高度的过程包括：设定导电块下表面距离工件上表面高度；接通液面控制电路，往电解液槽中缓慢加入电解液，当电解液达到导电块下表面时，电路导通，LED灯亮，说明液面高度达到设定高度；最后断开液面控制电路。更进一步的，导电块下表面距离工件上表面高度为100-500μm。对刀操作的具体过程包括：先调节可升降台带动电解液槽沿Z轴方向运动至合适位置使工件上表面接近工具电极下端；阳极工件和阴极工具分别接直流稳压电源正极和负极，控制机床带动超声波电主轴沿Z轴方向向下缓慢进给，检测到短路电流时停止进给，并反向退刀一定距离留出初始加工间隙。更进一步的，初始加工间隙为10-20μm。进一步的，控制高频脉冲电源的频率，使得电解磨削具有间隔性，保证加工区域产生的热量、气体和其他电解产物在加工间歇期及时排出。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)在加工过程中，由于电解作用，小孔内壁表面金属溶解并生成一层钝化膜，微观下凹凸不平的小孔内壁表面在波谷处由于钝化膜的保护不再继续溶解，波峰处的钝化膜则被磨粒刮除，露出的新鲜金属继续被电解蚀除并再次生成钝化膜，这样随着波峰处的钝化膜不断被刮除可实现小孔的高效、高精度加工。(2)由于机械磨削只刮除工件表面生成的钝化膜，切削应力很小，因此大大降低了金刚石磨砂球头电极的损耗。(3)利用超声振动的空化作用和强化传质效果对电解液进行扰动，促使加工区域所析出气体和其他电解产物及时排出，使间隙流场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：包括高频脉冲电源、微细电解加工机床、超声波电加工主轴、可编程变频器、测控系统、电解液槽、可升降平台，其中：所述微细电解加工机床具有三维运动机构，控制其上设置的超声波电加工主轴沿X、Y、Z方向进行三轴联动；所述可编程变频器通过改变输出频率，控制与之相连的超声波电加工主轴的转速无极变换；所述高频脉冲电源在阳极工件和设置于超声波电加工主轴上的工具电极之间提供脉冲方波电压信号，所述阳极工件水平安装于电解液槽内，所述电解液槽放置于可升降平台上；所述测控系统包括检测高频脉冲电源电流值的电流采集系统、控制超声波电加工主轴超声振动振幅和频率的变频变幅器、测控液面高度的液面控制电路和监控加工情况的CCD视觉检测系统；通过在超声波电加工主轴的高速旋转的同时对其添加轴向超声振动，结合利用高频脉冲电源对工件的预孔进行超声辅助电解磨削复合扩孔加工。

【技术特征摘要】
1.一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：包括高频脉冲电源、微细电解加工机床、超声波电加工主轴、可编程变频器、测控系统、电解液槽、可升降平台，其中：所述微细电解加工机床具有三维运动机构，控制其上设置的超声波电加工主轴沿X、Y、Z方向进行三轴联动；所述可编程变频器通过改变输出频率，控制与之相连的超声波电加工主轴的转速无极变换；所述高频脉冲电源在阳极工件和设置于超声波电加工主轴上的工具电极之间提供脉冲方波电压信号，所述阳极工件水平安装于电解液槽内，所述电解液槽放置于可升降平台上；所述测控系统包括检测高频脉冲电源电流值的电流采集系统、控制超声波电加工主轴超声振动振幅和频率的变频变幅器、测控液面高度的液面控制电路和监控加工情况的CCD视觉检测系统；通过在超声波电加工主轴的高速旋转的同时对其添加轴向超声振动，结合利用高频脉冲电源对工件的预孔进行超声辅助电解磨削复合扩孔加工。2.如权利要求1所述的一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：所述工具电极包括用于电解铣削的螺旋电极和用于电解磨削的金刚石磨砂球头电极。3.如权利要求2所述的一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：所述螺旋电极为碳化钨螺旋柱状电极，所述金刚石磨砂球头电极磨头磨粒为120-1200目。4.如权利要求1所述的一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：所述超声波电加工主轴的转速为0-24000r/min，并通过夹套固定的方式与机床连接。5.如权利要求1所述的一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：所述高频脉冲电源的负极通过导电滑环连接工具电极。6.如权利要求1所述的一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：所述电流采集系统包括检测高频脉冲电源电流值的霍尔电流传感器、用于采集电流信号的数据采集卡。7.如权利要求1所述的一种旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置，其特征是：所述液面控制电路，包括串联的直流电源、LED灯和导电块，利用液面到达指定高度，即导电块设置的高度之后，直流电源、LED灯和导电块导通，LED灯亮来控制并显示...

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