本发明专利技术公开了一种特种加工领域的基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置与方法，其中：工具电极通过夹具固定在机床的Z轴上，在机床的Z轴上安装一个力传感器，力传感器与数据采集卡相连，数据采集卡引入到机床数控系统，机床数控系统通过机床伺服系统对电化学放电进给控制；力传感器检测工具电极与工件的接触力信号，经过相关处理后，由数据采集卡采集信号并接入数控系统，数控系统根据此信号来控制电化学放电加工的进给或回退。若接触力小于设定的参考力，则系统按照设置的进给速度进给；若接触力大于参考力，则系统按照设置的回退速度回退一定距离。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种特种加工领域内对非导电脆性材料进行微细加工的装置与方法，尤其涉及一种。
技术介绍
近年来，非导电脆性材料，例如，各种玻璃、陶瓷等都得到了广泛的应用，玻璃材料具有耐化学腐蚀、透明、低导电率和良好的生物相容性等特征，从而被应用在微加速器、微反应器、微型泵、医疗器械和光学系统中；而陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、抗腐蚀、绝缘性好等优异性能，在机械电子、航空航天、化工机械、陶瓷发动机、生物陶瓷 和精密仪表等领域日益显示出广泛的应用前景，对非导电脆性材料加工技术的开发与研究已经受到世界各国的高度重视。与非导电脆性材料的其它加工方法相比，电化学放电加工(Electrochemical DischargeMachining,ECDM)技术具有较高的加工效率、宏观作用力小、表面质量高等优点，从而成为非导电脆性材料微细加工的理想方法。在电化学放电加工装置中，工具电极接电源的负极，辅助电极接电源的正极，电解质溶液多采用氢氧化钠(NaOH)或者氢氧化钾(KOH)等碱性电解质溶液，加工工件浸没在电解质溶液中，电解质溶液液面高于工件表面2mm左右，工具电极位于加工工件的上方并且工具电极的端部与工件表面保持接触或者位于工件表面的附近，工具电极的端部和辅助电极也同时浸入在电解质溶液中，当在工具电极和辅助电极之间施加电压之后，电解质溶液中便会有电解反应发生，在辅助电极发生的反应为4 (OH) — 2H20+202 i +4e，在辅助电极上生成氧气；在工具电极上发生的反应为2H20+2e — 2 (OH) +H2 个在工具电极上产生氢气泡，氢气泡生成以后会附着在工具电极的表面，并且随着气泡的增多而不断进行合并，最终在工具电极表面形成一个氢气膜，氢气膜对电极产生绝缘作用，因此在工具电极和电解质溶液之间形成电势差，当该电势差超过电火花放电的临界电压值以后，电火花放电现象就会发生。当工具电极和工件之间的距离小于25 μ m的时候，工件材料就会在不断放电产生的热量和化学腐蚀的作用下被蚀除。在利用电化学放电加工对非导电脆性材料进行打孔过程中，氢气膜不具有一个恒定的状态，加工不同深度表现出不一样的状态，从而导致材料去除率一直发生变化。为了提高电化学放电加工的加工效率和加工质量，需尽量保证工具电极进给速度等于孔深的加工速度，这对进给系统提出了重要的要求。电化学放电加工的常规进给方式一般包括恒速进给和重力进给，这些进给方式存在不少弊端。恒速进给，即机床主轴带动工具电极以恒定的速度进给。电化学放电加工的工作过程中，孔的加工速度不是恒定的，而是随着加工深度的增加不断下降。加工一定深度以后，当恒速进给设置的速度大于孔深的加工速度时，会造成工具电极的变形、破损以及工件的破裂；当恒速进给设置的速度过小时，加工效率低，而且会造成侧面放电剧烈、孔径扩大等不良现象，严重影响电化学放电加工的质量，因此恒速进给无法满足电化学放电加工的要求。重力进给是指施加一个恒定的力使工具电极和工件紧密接触的一种进给方式。虽然重力进给能保证进给速度等于孔加工的速度，但加工一定深度后，重力进给中工具电极紧贴工件，而电化学放电加工的放电发生在工具电极与电解质溶液之间，需要加工孔中工具电极端面与工件上孔底面之间有一定的电解质溶液和绝缘气膜间隙，重力进给无法提供电化学放电加工所需要的新鲜的电解质溶液和绝缘气膜间隙，工具电极端面加工很难继续进行，加工速度大幅度降低，工具电极侧面放电加剧，加工孔的质量下降。因此，本领域的技术人员致力于开发一种可以提高加工质量的电化学放电加工的方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提出了一种。本专利技术使用力传感器检测工具电极与工件的接触力信号，以检测到的接触力信号为进给系统的输入信号来控制电化学放电加工的进给过程。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置，包括电解质溶液、加工工件、工具电极、辅助电极、加工电源、机床数控系统、机床伺服系统，该加工工件为非导电脆性材料，如玻璃或者陶瓷，还包括力传感器、数据采集卡、工具电极与力传感器的安装夹具，所述力传感器的输出端与所述数据采集卡的输入端相连，所述数据采集卡的输出端连接到所述机床数控系统，所述力传感器用于检测所述工具电极和加工工件之间的接触力，并输出对应于所述接触力的电压信号到所述数据采集卡，所述数据采集卡用于对所述电压信号进行采样并将经过采样的所述电压信号传送到所述机床数控系统，所述机床数控系统将所述经过采样的所述电压信号转换为所述接触力，所述机床数控系统根据所述接触力控制所述机床伺服系统的进给速度。优选地，加工电源为脉冲直流电源。优选地，工具电极通过工具电极与力传感器的安装夹具安装在机床的Z轴的进给端。优选地，力传感器安装在机床的Z轴上。优选地，还包括放大器，所述力传感器的输出信号经放大器处理后接入数控系统。本专利技术所涉及的基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工方法，是通过力传感器检测工具电极与工件之间的接触力，机床数控系统将此接触力与事先设定的参考力进行比较，进而通过机床伺服系统控制工具电极的进给或回退。这种控制方法既能保证进给速度近似等于孔深加工的速度，又能在加工速度很小的时候提供电化学放电加工所需要的新鲜的电解质和绝缘气膜间隙。本专利技术上述方法包括以下步骤(I)将力传感器安装在机床的Z轴上，将工具电极通过工具电极与力传感器的安装夹具固定在所述机床的Z轴的进给端，所述工具电极向加工工件以设定的速度进给，所述力传感器检测所述工具电极与所述加工工件之间的接触力，并输出与所述接触力对应的电压信号到数据采集卡；(2)所述数据采集卡对所述力传感器输出的所述电压信号进行采样；(3)所述数据采集卡将经过采样的所述电压信号传送到所述机床的机床数控系统中，所述机床数控系统把经过所述采样的所述电压信号转换成所述接触力；(4)将所述接触力与设置的参考力进行比较，若所述接触力小于所述参考力，则所述机床伺服系统按照设置的进给速度控制所述机床的Z轴的进给；若所述接触力大于所述参考力，则所述机床伺服系统按照设置的回退速度控制所述机床的Z轴回退；(5)所述机床的Z轴的进给深度达到目标深度，进给系统停止；若所述机床的Z轴的进给深度未达到所述目标深度，则重复步骤(I) - (4)，直至达到所述目标深度。优选地，步骤(4)中，将该接触力与设置的参考力进行比较，若该接触力小于所述参考力，则机床伺服系统按照设置的进给速度控制机床Z轴的进给；若该接触力大于参考力，则机床伺服系统按照设置的回退速度控制机床Z轴回退，机床Z轴回退的距离为IO-20 u ITio与电化学放电加工的常规进给系统相比，基于力反馈控制进给系统的电化学放电 加工装置与方法的优点主要在于通过力反馈控制进给系统，避免了工具电极与工件之间接触力过大而引起工具电极变形、断裂而损坏，也能保证加工通孔时工件不会因为接触力过大而发生破裂等不良现象，这样很大程度上提高了电化学放电加工的工件表面质量。通过力反馈控制进给系统，设置了工具电极回退程序，保证了工具电极端面与工件上孔底面之间有一定的间隙，电解质溶液能在此间隙中循环，绝缘气膜也能在此间隙形成，加工过程中产生的加工屑在电解质溶液循环运动的作用下能够比较容易地排出，可以大本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置，包括电解质溶液、工具电极、辅助电极、加工电源、机床数控系统、机床伺服系统，其特征在于，还包括力传感器、数据采集卡、工具电极与力传感器的安装夹具，所述力传感器的输出端与所述数据采集卡的输入端相连，所述数据采集卡的输出端连接到所述机床数控系统，所述力传感器用于检测所述工具电极和加工工件之间的接触力，并输出对应于所述接触力的电压信号到所述数据采集卡，所述数据采集卡用于对所述电压信号进行采样并将经过采样的所述电压信号传送到所述机床数控系统，所述机床数控系统将所述经过采样的所述电压信号转换为所述接触力，所述机床数控系统根据所述接触力控制所述机床伺服系统的进给速度。
【技术特征摘要】
1.一种基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置，包括电解质溶液、工具电极、 辅助电极、加工电源、机床数控系统、机床伺服系统，其特征在于，还包括力传感器、数据采集卡、工具电极与力传感器的安装夹具，所述力传感器的输出端与所述数据采集卡的输入端相连，所述数据采集卡的输出端连接到所述机床数控系统，所述力传感器用于检测所述工具电极和加工工件之间的接触力，并输出对应于所述接触力的电压信号到所述数据采集卡，所述数据采集卡用于对所述电压信号进行采样并将经过采样的所述电压信号传送到所述机床数控系统，所述机床数控系统将所述经过采样的所述电压信号转换为所述接触力， 所述机床数控系统根据所述接触力控制所述机床伺服系统的进给速度。2.根据权利要求1所述的基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置，其特征在于，所述工具电极通过所述工具电极与力传感器的安装夹具固定在机床Z轴的进给端，通过所述机床的Z轴的移动带动所述工具电极的进给或回退。3.根据权利要求1所述的基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置，其特征在于，所述力传感器安装在机床的Z轴上。4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置，其特征在于，所述加工工件是非导电脆性材料。5.根据权利要求4所述的基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工装置，其特征在于，所述非导电脆性材料为玻璃或者陶瓷。6.一种基于力反馈控制进给系统的电化学放电加工方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：康小明，赵万生，朱敬文，吴杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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