一種超聲振動輔助放電磨削加工裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超聲振動輔助放電磨削加工的裝置及方法，屬于導電性硬脆材料的精密零部件制造領域。
技術背景
[0002]目前，單一磨削加工不能滿足精密零部件以及特殊材料的制作加工要求。采取復合加工方式如脈沖電火花加工與磨削加工的結合，能大大降低磨削力及提高表面質量，提高加工效率，但由于脈沖電火花本身的不穩定作用，造成空載脈沖與短路脈沖。本發明主要涉及一種超聲振動輔助放電磨削加工裝置及方法，因為現今技術表明造成磨削力和電火花短路率增大可能是磨肩阻礙，附著在工件表面等原因，而超聲振動對工件的微振動能在清理磨肩及消除不穩定干擾因素方面有明顯的效果，起到調整優化加工效果。電火花脈沖放電加工與磨削加工的結合已經不能滿足現今精度的更高要求，為改善現有主流技術的不足，本發明設計出超聲振動輔助放電磨削加工方法，與主流技術相比具有放電效率更高、表面質量更高且加工時間減少等特點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術中電火花脈沖放電不穩定造成的空載脈沖及短路脈沖，以及放電磨削仍存在的切肩集聚等問題，提供一種超聲振動輔助放電磨削加工的裝置及方法。
[0004]利用電火花放電加工的脈沖電壓，脈沖頻率，占空比等放電參數、砂輪轉速、進給速度、磨削深度等磨削參數，以及工件軸向超聲振動輔助的振動頻率及振幅進行一個優化組合，通過實驗得出組最優化參數，應用到其他復合加工方式中，擴展傳統加工與特種加工的結合度。
[0005]本發明可通過如下技術方案實現:
一方面，本發明提供了一種超聲振動輔助放電磨削加工裝置，包括安裝有金剛石砂輪的超精密磨床、脈沖電源，還包括:
脈沖放電參數采集系統，用于實時獲取金剛石砂輪加工時的脈沖放電參數；
超聲振動輔助裝置，固定在超精密磨床工作臺上，用于安裝工件并使工件產生軸向超聲振動；
數據處理及調節系統，用于分析超聲振動輔助裝置的振動參數及實時獲取的脈沖放電參數、磨削參數，利用超精密磨床的磨床CNC計算機控制系統自適應地調節脈沖電源的放電參數、磨床的磨削參數及超聲振動輔助裝置振動參數實現對硬脆性導電材料的超聲振動輔助放電磨削加工。
[0006]進一步地，所述脈沖放電參數采集系統包括電壓傳感器、電流傳感器、數字示波器，所述電壓傳感器和電流傳感器分別將在線采集的放電回路的放電電壓、電流波形經所述數字示波器輸送至數據處理及調節系統。
[0007]進一步地，所述超聲振動輔助裝置包括軸向超聲振動裝置、設置在所述軸向超聲振動裝置上的夾具以及與所述軸向超聲振動裝置電路連接、用于調節所述軸向超聲振動裝置8振動參數的超聲波調節裝置9。
[0008]進一步地，所述數據處理及調節系統包括電腦終端、放電及磨削參數調節系統，所述電腦終端分別與超聲波調節裝置和所述電腦終端電路連接，用于將實時獲取的放電參數、磨削參數、振動參數與預設參數進行比較分析后向放電及磨削參數調節系統及超聲波調節裝置發送調節信號;所述放電及磨削參數調節系統還連接磨床CNC計算機控制系統，用于根據調節信號控制超精密磨床自適應地調節脈沖電源的放電參數及磨削參數。
[0009]進一步地，所述軸向超聲振動裝置包括上平板和下平板，所述下平板上均布有四個換能器，每個換能器上豎直設置有支撐連接上平板的變幅桿，通過輸入超聲波調節裝置的頻率及振幅參數，使其產生超聲波，同時通過四個變幅桿對上平板產生特定的軸向微振動，實現工件5的軸向微振動，促進放電磨削加工效率。
[0010]進一步地，所述軸向超聲振動裝置8的超聲波頻率為15?25KHZ，振幅為2?8微米。
[0011]另一方面，本發明還提供了一種采用如所述裝置的超聲振動輔助放電磨削加工方法，包括步驟:
1)將工件固定在超精密磨床的超聲振動輔助裝置上，工件、金剛石砂輪和脈沖電源形成放電回路；
2)金剛石砂輪在工件表面作軸向直線往復運動，同時超聲振動輔助裝置使工件產生軸向超聲振動；
3 )脈沖放電參數采集系統實時獲取金剛石砂輪磨削時的放電參數；
4)數據處理及調節系分析超聲振動輔助裝置的振動參數及實時獲取的脈沖放電參數、磨削參數，利用超精密磨床的磨床CNC計算機控制系統自適應地調節脈沖電源的放電參數、磨床的磨削工藝參數及超聲振動輔助裝置振動參數實現對硬脆性導電材料的超聲振動輔助放電磨削加工。
[0012]進一步地，步驟3)中，所述脈沖放電參數采集系統實時獲取金剛石砂輪磨削時的放電參數具體為:
通過所述電壓傳感器和電流傳感器分別在線采集放電回路的放電電壓、電流波形，并經所述數字示波器輸送至數據處理及調節系統。
[0013]進一步地，所述步驟4)具體包括:
41)電腦終端將實時獲取的放電參數、磨削參數與數據庫中預設的參數進行比較分析；
42)根據比較分析的結果向放電及磨削參數調節系統及超聲波調節裝置發送調節信號；
43)所述放電及磨削參數調節系統根據調節信號控制超精密磨床7自適應地調節脈沖電源的放電參數及磨削參數，同時超聲波調節裝置根據調節信號對軸向超聲振動裝置的超聲波頻率及振幅進行調整。
[0014]進一步地，所述放電參數包括脈沖電源的開路電壓5?25V、占空比10?80%、頻率4000 Hz?5000Hz、脈沖火花放電的放電間隙1?30 ys、脈寬10?150 ys、電流0.5?5 A;所述磨削參數包括金剛石砂輪的轉速2000?6000 r/min、進給深度卜10 ym、進給速度50?500mm/mi η η
[0015]本發明的超聲振動輔助放電磨削加工裝置及方法，適用于干式放電磨削加工，是利用設置在砂輪上的電刷以及通過導線的導電硬脆性材料，通過磨削加工，砂輪與工件表面形成一回路，實施放電加工，其中低放電電壓及占空比的存在令放電加工不存在短路問題，但是影響加工效率，且間隙放電不能滿足全時間的磨削加工，隨著時間推移，會導致切肩累積，對加工面形成阻礙加工，影響加工表面質量，因此，為了提高放電加工效率，采用超聲振動輔助加工，即是在工件下方設置軸向超聲振動裝置，通過工件的微軸向振動，利用砂輪高速旋轉的同時，作與砂輪旋轉同方向的振動，促進磨肩碎化的同時降低磨肩的附著性，同時，增加脈沖放電對工件加工的面積，促進電蝕產物的均分，提高放電加工效率。
[0016]本發明與現有技術相比具有如下優點:
(1)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，本發明所設計的超聲振動輔助放電磨削加工方法促進磨削加工對硬脆性材料的微破碎過程，提高材料去除率。
[0017]( 2)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，本發明所設計的超聲振動輔助放電磨削加工方法降低放電加工的空載脈沖及短路脈沖的影響，充分利用放電間隙時間，電蝕產物的均分以及提高了單位面積內的脈沖放電數。
[0018]( 3)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，本發明所設計的超聲振動輔助放電磨削加工方法，從根本上再一次提高加工效率，利用軸向微振動把附著的磨肩振碎及電蝕產物的均分，提高放電加工效果。
[0019](4)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，超聲振動與放電加工的結合令工件表面加工質量更好。
【附圖說明】