基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，它解决了现有技术中加工区域流场不稳定性、影响工件加工质量的问题，能够实现复合能场辅助作用下电解研磨高效、精密内孔加工；其技术方案为：包括超声波电主轴，超声波电主轴设有中空管电极；在超声波电主轴的下方放置电解槽，电解槽内具有磁场发生装置，磁场发生装置内侧设有用于支撑工件的支撑块，磁场发生装置为加工区域的工件提供稳定磁场作用；电解槽一侧具有与其连通的盛放有电解液磁性磨粒液的供液槽，供液槽通过电解液循环装置与超声波电主轴一侧相连，为中空管电极提供电解液磁性磨粒液；超声波电主轴连接变频控制系统，通过变频控制系统调节超声波电主轴的振动频率。

Inner Hole Machining System and Method Based on Compound Energy Field of Electromagnetic and Ultrasound Vibration

The invention discloses an inner hole processing system based on electromagnetic ultrasonic vibration composite energy field, which solves the problems of unstable flow field in the processing area and affecting the quality of workpiece processing in the prior art, and can realize high efficiency and precision inner hole processing under the assistance of composite energy field. The electric spindle and the ultrasonic spindle are equipped with hollow tube electrodes; the electrolyzer is placed below the ultrasonic spindle, and the magnetic field generating device is equipped with a magnetic field generating device. The inner part of the magnetic field generating device is equipped with a supporting block for supporting the workpiece, and the magnetic field generating device provides a stable magnetic field for the workpiece in the processing area; the one side of the electrolyzer has a magnetic field generating device with a magnetic field stabilizing effect on the workpiece in the processing area The connected feeding tank containing electrolyte magnetic abrasive fluid is connected with one side of the ultrasonic motorized spindle through electrolyte circulating device, providing electrolyte magnetic abrasive fluid for hollow tube electrodes; the ultrasonic motorized spindle is connected with the frequency conversion control system, and the vibration frequency of the ultrasonic motorized spindle is adjusted by the frequency conversion control system.

【技术实现步骤摘要】
基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统及方法
本专利技术涉及电解研磨加工
，尤其涉及一种基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统及方法。
技术介绍
内孔结构广泛应用于诸多工程应用中，其中包括：航天发动机气膜冷却空、精密仪表上小孔、化学纤维板上微细孔等。内孔表面粗糙度显著影响小孔的成型质量，因此对内孔精密微细加工的技术要求也越来越高。电解研磨在众多加工小孔技术方法中具有显著优势，该加工技术优点是：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。但由于管电极与工件间隙间产生湍流现象导致加工区域流场不稳定性，影响了工件深孔内圆表面精度和表面质量。为了提高表面精度，需合理调整超声波电主轴进给速度及线圈电流大小和线圈摆放位置，并控制好电解液磁性磨粒悬浮液流速、流量，来提高小孔加工过程的稳定性。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统及方法，其采用超声波与磁场复合的方式，在超声振动产生的空化作用下，强化微细磁性悬浮磨粒对工件钝化膜的机械磨削和研磨等作用，同时在强化传质作用下使析出气体及其他产物及时排除，避免极间间隙产生电火花放电现象，实现内孔的高效率精密加工。本专利技术采用下述技术方案：基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，包括一个可三轴联动的超声波电主轴，所述超声波电主轴设有中空管电极；在超声波电主轴的下方放置一个可水平移动的电解槽，电解槽内具有磁场发生装置，所述磁场发生装置内侧设有用于支撑工件的支撑块，磁场发生装置为加工区域的工件提供稳定磁场作用；所述电解槽一侧具有与其连通的盛放有电解液磁性磨粒液的供液槽，所述供液槽通过电解液循环装置与超声波电主轴一侧相连，为中空管电极提供电解液磁性磨粒液；所述超声波电主轴连接变频控制系统，通过变频控制系统调节超声波电主轴的振动频率。进一步的，所述磁场发生装置包括一个或偶数个U型极柱，U型极柱周向外侧绕制有线圈，所述U型极柱顶端具有极头。进一步的，所述线圈通过电子调压器连接伺服直流电源，伺服直流电源为线圈提供稳定的低压直流电。进一步的，所述中空管电极顶部通过套筒连接变幅杆，套筒侧面安装气管接头，所述气管接头通过塑料管连接电解液循环装置。进一步的，所述套筒与变幅杆螺纹连接，套筒底部具有用于夹紧中空管电极的抱紧夹块，且套筒安装抱紧夹块位置与中空管电极之间设置O型密封圈。进一步的，所述支撑块内部具有空腔，且支撑块两侧具有与所述空腔连通的孔。进一步的，所述变频控制系统包括与超声波电主轴通过导线连接的变频器，变频器分别通过导线与超声波电源和工控机相连。进一步的，所述中空管电极通过电刷连接高频脉冲电源的负极，使用时高频脉冲电源的正极连接工件；电刷与高频脉冲电源之间并联霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器通过数据采集卡连接工控机。进一步的，所述电解液磁性磨粒液中磁性磨粒的质量百分比为10％～15％，粒度为1200～5000目，且电解液中添加有分散剂。进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸钠。基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统的操作方法，包括以下步骤：步骤(1)待加工工件固定于支撑块上方；步骤(2)确定中空管电极与超声波电主轴进给随动关系、超声波电主轴沿各轴进给的随动关系；步骤(3)接通超声波电源，调节工控机与变频器加工过程中的振动频率、振幅、超声波电主轴的进给速度和中空管电极的进给速度，通过霍尔电流传感器检测加工过程中短路现象；电解液磁性磨粒液在超声振动空化作用下，强化磁性磨粒对机械加工的作用效果；通过电子调压器调节磁场回路电压产生加工区域内稳定的磁场，实现待加工工件内孔的高效率精密加工。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术将超声场与电磁场结合起来，通过优化复合能场的多种参数，形成对电解液磁性磨粒液流场稳定性协同调控机制，实现复合能场辅助作用下电解研磨高效、精密内孔加工；解决现有技术中单一外加超声场对电解研磨作用范围小以及单一外加电磁场对工件加工区域流场的均匀性和磁场的稳定性作用效果不是很明显的问题；(2)本专利技术通过合理调整超声波电主轴与磁场发生装置的位置，实现了超声振动作用与电磁搅拌作用效果一致性，使磁性悬浮磨粒在加工区域各个方向研磨更充分，获得更低的表面粗糙度；(3)本专利技术相比施加单一能场的装置，能够根据工件加工精度要求调节磁场强度和超声振动参数实现协同调控作用，能够在高效率、低能耗条件下得到较高重复精度和表面质量的内孔；(4)本专利技术结构简单，操作方便，可自适应协同调控超声波电主轴和磁场发生装置的工艺参数，能够实现内圆深孔等特殊零件高效精密加工，具有很强的工程应用价值。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为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的加工部分结构示意图；图3为本专利技术的磁场发生装置结构示意图；其中，1.工作台、2.电解槽、3.电子调压器、4.伺服直流电源、5.中空管电极、6.单片机、7.X向直线导轨、8.Y向直线导轨、9.Z向直线导轨、10.超声波电主轴、11.导线、12.控制卡、13.变频器、14.工控机、15.超声波电源、16.霍尔电流传感器、17.数据采集卡、18.电刷、19.高频脉冲电源、20.泵、21.伺服阀、22.塑料管、23.电解液磁性磨粒液、24.工件、25.磁场发生装置、26.X-Y轴滑台、27.螺钉、28.套筒、29.变幅杆、30.气管接头、31.O型密封圈、32.抱紧夹块、33.线圈、34.研磨侧面间隙、35.极头、36.磁感线、37.U型极柱、38.支撑块。具体实施方式应该指出，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。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在加工区域流场不稳定性、影响工件加工质量的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统及方法。本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提供了基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，包括超声波电主轴10、X向直线导轨7、Y向直线导轨8、Z向直线导轨9、工作台1、X-Y轴滑台26、电解槽2、供液槽、磁场发生装置25、变频控制系统等。工作台1上方安装X-Y轴滑台26，X-Y轴滑台26一侧具有X向直线导轨7、Y向直线导轨8、Z向直线导轨9，X向直线导轨7、Y向直线导轨8、Z向直线导轨9与现有能够实现三轴联动的机床中导轨相同，此处不再赘述。X向直线导轨7、Y向直线导轨8、Z向直线导轨9带动超声波电主轴10分别沿X轴、Y轴、Z轴三个方向移动；X向直线导轨7、Y向直线导轨8、Z向直线导轨9分别通过控制卡12连接工控机14。优选地，所述的超声波电主轴10的转速为0-24000r/min。所述超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，其特征在于，包括一个可三轴联动的超声波电主轴，所述超声波电主轴设有中空管电极；在超声波电主轴的下方放置一个可水平移动的电解槽，电解槽内具有磁场发生装置，所述磁场发生装置内侧设有用于支撑工件的支撑块，磁场发生装置为加工区域的工件提供稳定磁场作用；所述电解槽一侧具有与其连通的盛放有电解液磁性磨粒液的供液槽，所述供液槽通过电解液循环装置与超声波电主轴一侧相连，为中空管电极提供电解液磁性磨粒液；所述超声波电主轴连接变频控制系统，通过变频控制系统调节超声波电主轴的振动频率。

【技术特征摘要】
1.基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，其特征在于，包括一个可三轴联动的超声波电主轴，所述超声波电主轴设有中空管电极；在超声波电主轴的下方放置一个可水平移动的电解槽，电解槽内具有磁场发生装置，所述磁场发生装置内侧设有用于支撑工件的支撑块，磁场发生装置为加工区域的工件提供稳定磁场作用；所述电解槽一侧具有与其连通的盛放有电解液磁性磨粒液的供液槽，所述供液槽通过电解液循环装置与超声波电主轴一侧相连，为中空管电极提供电解液磁性磨粒液；所述超声波电主轴连接变频控制系统，通过变频控制系统调节超声波电主轴的振动频率。2.根据权利要求1所述的基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，其特征在于，所述磁场发生装置包括一个或偶数个U型极柱，U型极柱周向外侧绕制有线圈，所述U型极柱顶端具有极头。3.根据权利要求2所述的基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，其特征在于，所述线圈通过电子调压器连接伺服直流电源，伺服直流电源为线圈提供稳定的低压直流电。4.根据权利要求1所述的基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，其特征在于，所述中空管电极顶部通过套筒连接变幅杆，套筒侧面安装气管接头，所述气管接头通过塑料管连接电解液循环装置。5.根据权利要求4所述的基于电磁超声振动复合能场的内孔加工系统，其特征在于，所述套筒与变幅杆螺纹连接，套筒底部具有用于夹紧中空管电极的抱紧夹块，且套筒安装抱紧夹块位置与中空管电极之间设置O型密封圈。6.根据权利要求1所述的基于电磁超声振动复...

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