本发明专利技术公开了一种回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法及实现装置，属于电化学机械复合加工技术领域。包括霍尔电流传感器、机床主轴、伸缩气缸、声发射传感器、超精油石、引电盘、石墨块、安装板、螺钉、回转工件、压块、芯轴、涡卷弹簧、大理石转台、多孔质阴极、脉冲电源，其特点在于通过将电化学加工采样的电流信号、超精油石研磨提取的声发射均方根值和椭偏仪表征的氧化膜厚度相结合，建立氧化膜厚度动态变化的监测方法，提高回转工件电化学超精加工的可控性和表面完整性；利用多孔质阴极良好的导电、渗透性能和较大的比表面积，调控回转工件表面的电场分布，促进氧化膜均匀覆盖，修正电化学超精加工的宏观轮廓误差。修正电化学超精加工的宏观轮廓误差。修正电化学超精加工的宏观轮廓误差。
【技术实现步骤摘要】
一种回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法及实现装置
[0001]本专利技术涉及一种回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法及实现装置，属于电化学机械复合加工
技术介绍
[0002]随着科学技术的发展和高端制造业的兴起，以硬质合金材料制成的滑动轴承、机械密封环等精密回转工件，凭借其强度和硬度高、耐磨损和抗氧化性能好等特点，在航空航天、核电装备、石油钻井等领域得到广泛应用。但由于硬质合金具有硬脆材料的物理力学特性，其精密、超精密加工难度较大，属于典型难加工材料。此外，为了满足苛刻工况的使用需求，对硬质合金回转工件的宏观和微观几何精度要求越来越高，给加工方法带来极大挑战。
[0003]研磨方法加工硬质合金表面时，对前道工序具有很强的依赖性，通常原始表面质量越好，越容易获得高质量、高精度的加工表面。电化学超精加工方法将电化学加工与机械研磨相复合，利用电化学溶解原理在回转工件表面生成氧化膜、借助固结磨粒研磨作用去除氧化膜，并通过电化学作用和机械作用的循环往复进行，实现回转工件表面的精确成型。该方法能够极大减少对原始表面质量的依赖，在改善表面质量的同时提高精度，适合硬质合金回转工件的高效精密加工。但值得注意的是，硬质合金材料还具有多组分特性，其电化学溶解规律极为复杂，而现阶段研究仅仅借助参数优化方法进行回转工件的电化学超精加工，对加工过程中氧化膜厚度的动态变化缺乏足够认识，很难获得理想的加工效果，具体表现为电化学作用和机械作用难以有效匹配、加工过程可控性差，硬质合金回转工件电化学超精加工的跨尺度成型精度仍然不高。
技术实现思路
[0004]1、本专利技术针对目前硬质合金回转工件电化学超精加工技术的不足，提出一种回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法及实现装置，通过对氧化膜厚度动态变化的精确表征，为加工过程的有效调控提供技术手段，从而提高回转工件电化学超精加工的可控性和跨尺度成型精度。
[0005]2、为了实现上述的专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法，包括如下步骤：步骤a、采用多孔质阴极对回转工件进行电化学加工，在回转工件表面形成厚度为100～200μm的均匀氧化膜，超精油石与回转工件非接触、不产生氧化膜去除作用，采用霍尔电流传感器采样电流信号，当电流信号趋于稳定时切断脉冲电源、停止电化学加工；步骤b、采用椭偏仪对电化学加工停止状态的氧化膜厚度进行表征，通过数据拟合方法，建立氧化膜增厚与加工电流变化的映射关系模型；步骤c、采用伸缩气缸带动超精油石向回转工件表面施加研磨压力、进行氧化膜的机械去除，单位面积上研磨压力为0.05～0.1MPa，机床运动系统带动伸缩气缸和超精油石作水平方向循环往复运动，往复运动速度为120～600mm/min，氧化膜去除过程中，脉冲电源关断、回转工件表面不
生成新的氧化膜；步骤d、采用声发射传感器，获取氧化膜去除过程中的声发射均方根值，当声发射均方根值发生突变、且趋于稳定时消除研磨压力，终止氧化膜去除过程，通过椭偏仪对不同去除时间的氧化膜厚度变化进行表征，借助数据拟合方法，建立氧化膜减薄与声发射均方根值变化的映射关系模型；步骤e、开启脉冲电源的同时，向回转工件表面施加研磨压力，回转工件表面氧化膜的去除和再生过程不断循环进行，通过霍尔电流传感器采样的电流信号、声发射传感器获取的声发射均方根值，以及氧化膜增厚和减薄的映射关系模型，建立回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法，对电化学超精加工过程进行调控。
[0006]本专利技术的另一技术目的是提供一种回转工件电化学超精加工氧化膜厚度监测方法的实现装置，包括霍尔电流传感器、机床主轴、伸缩气缸、声发射传感器、超精油石、引电盘、石墨块、安装板、螺钉、回转工件、压块、芯轴、涡卷弹簧、大理石转台、多孔质阴极、脉冲电源。所述回转工件通过压块、引电盘、螺钉与大理石转台固定连接，大理石转台带动回转工件作回转运动，芯轴设置于大理石转台的中心、并通过螺钉与大理石转台紧固连接；所述石墨块与脉冲电源的正极相连接，涡卷弹簧将石墨块压紧贴合于芯轴的外表面，涡卷弹簧通过螺钉与环氧树脂安装板固定连接，安装板通过螺钉与引电盘固定连接，引电盘与芯轴采用过盈配合，加工电流通过石墨块、芯轴、引电盘传导至回转工件；所述机床主轴与脉冲电源的负极相连接，机床主轴下端固定设置多孔质阴极、并带动多孔质阴极向回转工件作竖直运动，以获得不同加工间隙；所述霍尔电流传感器设置于机床主轴与脉冲电源负极的连接线路中，以采样电化学超精加工的电流信号；声发射传感器通过耦合剂吸附于伸缩气缸的侧壁、并借助螺钉与伸缩气缸紧固连接，以采样氧化膜去除的声发射均方根值；伸缩气缸下端固定设置超精油石，超精油石采用金刚石磨粒，磨粒粒度小于20μm。
[0007]所述多孔质阴极采用不锈钢颗粒高温烧结制成，孔隙率在30％～95％范围内可调，平均孔径在1～100μm范围内可调；进口压力为0.05～0.2MPa的电解液从机床主轴流入多孔质阴极，并从多孔质阴极底端流出，进入电化学加工区域；所述大理石转台的转动由回转工作台驱动，转动速度为60～600rpm。
[0008]3、本专利技术的有益效果为：(一)本专利技术将电化学加工采样的电流信号、超精油石研磨获取的声发射均方根值和椭偏仪表征的氧化膜厚度相结合，建立电化学超精加工的氧化膜厚度动态变化的监测方法，能够有效提高回转工件电化学超精加工的可控性和表面完整性；(二)本专利技术利用多孔质阴极良好的导电、渗透性和较大的比表面积，调控回转工件表面电场分布，促进氧化膜均匀覆盖，能够有效改善电化学超精加工的宏观轮廓误差。
附图说明
[0009]图1为本专利技术回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测装置的整体结构示意图。
[0010]图2为本专利技术多孔质阴极结构示意图。
[0011]图中：1、霍尔电流传感器，2、机床主轴，3、伸缩气缸，4、声发射传感器，5、超精油石，6、引电盘，7、石墨块，8、安装板，9、螺钉，10、回转工件，11、压块，12、芯轴，13、涡卷弹簧，14、大理石转台，15、多孔质阴极，16、脉冲电源。
具体实施方式
[0012]以下结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0013]如图1所示为回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测装置，该装置包括：霍尔电流传感器1、机床主轴2、伸缩气缸3、声发射传感器4、超精油石5、引电盘6、石墨块7、安装板8、螺钉9、回转工件10、压块11、芯轴12、涡卷弹簧13、大理石转台14、多孔质阴极15、脉冲电源16，机床主轴2与脉冲电源16的负极相连接，在机床主轴2与脉冲电源16的连接线路中设置有霍尔电流传感器1，以采样电化学加工的电流信号；机床主轴2底端固定设置多孔质阴极15、并带动多孔质阴极15向回转工件10作进给运动，以获得不同的加工间隙；回转工件10通过引电盘6、压块11、螺钉9与大理石转台14固定连接，引电盘6与芯轴12采用过盈配合，芯轴12设置于大理石转台14的中心、并通过螺钉与大理石转台14紧固连接；石墨块7在涡卷弹簧13的压紧力作用下本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种回转工件电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、采用多孔质阴极(15)对回转工件(10)进行电化学加工，在回转工件(10)表面形成厚度为100～200μm的均匀氧化膜，超精油石(5)与回转工件(10)非接触、不产生氧化膜去除作用，采用霍尔电流传感器(1)采样电流信号，当电流信号趋于稳定时切断脉冲电源(16)、停止电化学加工；步骤b、采用椭偏仪对电化学加工停止状态的氧化膜厚度进行表征，通过数据拟合方法，建立氧化膜增厚与加工电流变化的映射关系模型；步骤c、采用伸缩气缸(3)带动超精油石(5)向回转工件(10)表面施加研磨压力、进行氧化膜的机械去除，单位面积上研磨压力为0.05～0.1MPa，机床运动系统带动伸缩气缸(3)和超精油石(5)作水平方向循环往复运动，往复运动速度为120～600mm/min，氧化膜去除过程中，脉冲电源(16)关断、回转工件(10)表面不生成新的氧化膜；步骤d、采用声发射传感器(4)，获取氧化膜去除过程中的声发射均方根值，当声发射均方根值发生突变、且趋于稳定时消除研磨压力，终止氧化膜去除过程，通过椭偏仪对不同去除时间的氧化膜厚度变化进行表征，借助数据拟合方法，建立氧化膜减薄与声发射均方根值变化的映射关系模型；步骤e、开启脉冲电源(16)的同时，向回转工件(10)表面施加研磨压力，回转工件(10)表面氧化膜的去除和再生过程不断循环进行，通过霍尔电流传感器(1)采样的电流信号、声发射传感器(4)获取的声发射均方根值，以及氧化膜增厚和减薄的映射关系模型，建立回转工件(10)电化学超精加工的氧化膜厚度监测方法，对电化学超精加工过程进行调控。2.一种根据权利要求1所述的回转工件电化学超精加工氧化膜厚度监测方法的实现装置，包括霍尔电流传感器(1)、机床主轴(2)、伸缩气缸(3)、声发射传感器(4)、超精油石(5)、引电盘(6)、石墨块(7)、安装板(8)、螺钉(9)、回转工...
【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，伍效凯，沈奕鸣，高建忠，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：
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