專利名稱:聚晶金剛石電火花超聲波復合加工設備的制作方法
本發明涉及一種聚晶金剛石電火花超聲波復合加工裝置，屬于超硬材料的加工領域。
聚晶金剛石是一種新型超硬材料，其硬度與天然金剛石相近，耐磨度比天然金剛石還好，是制造拉絲模、刀具、鉆頭等多種工具的理想材料。由于聚晶金剛石超硬耐磨難于成型加工，因此世界各國都重視研究該材料的加工技術和設備。1984年北京市電加工研究所發明了《聚晶金剛石工具電火花加工技術》，解決了聚晶金剛石材料粗中加工技術，獲得了國家發明二等獎并在1985年第十三屆日內瓦國際發明與新技術展覽上獲銀獎。但是并沒有解決聚晶金剛石材料的精加工難題。到目前為止，聚晶金剛石材料的精加工大都采用超聲波研磨或單純機械研磨的加工方式，如美國專利US4063542介紹了一種在旋轉工作臺上用加超聲的針研磨金剛石工具的方法，這種方法已成為世界上研磨金剛石工具的主要方法。這種超聲波研磨或機械研磨的方法，不但加工效率低，而且金剛石磨料消耗大，加工成本高。
本發明的目的是提供一種電火花超聲波復合加工設備，綜合電火花加工與超聲波加工的優點，不但提高加工聚晶金剛石材料的效率和表面光潔度，而且節省大量的金剛石磨料。也可加工其它超硬材料，如工業陶瓷等。
本發明的原理由超聲波正弦振蕩器1產生20KHZ～30KHZ的正弦振蕩信號，經超聲波前置放大器2、超聲波功率放大器3的放大后送入超聲換能器4，將電信號轉換為超聲頻機械振動并傳到工具5上。這時工具5就相對工件10作超聲機械振動。同時通過超聲波前置放大器2將超聲頻信號送入調制電路6，并通過調制電路6調制高頻窄脈沖振蕩器7，使之在超聲換能器4伸長時，高頻窄脈沖振蕩器停止工作，工具5在磨料作用下加工工件;在超聲換能器縮短時，高頻窄脈沖振蕩器器7發出頻率在0.1MHZ～1.5MHZ，脈沖寬度在0.2μs～2μs脈沖信號，該信號經前置放大器8和MOS功率放大器9的放大，形成峰值電流在5A～50A之間的電火花加工脈沖，送到工具5和工件10之間進行電火花脈沖放電加工。該脈沖的頻率、脈沖寬度和峰值電流，可根據加工工件的不同人工設定。
本發明與現有技術相比具有如下優點1.綜合了超聲波與電火花加工的優點，加工聚晶金剛石比單純超聲波加工效率提高2～5倍。并節省金剛石磨料。
2.采用超聲頻調制電火花加工的方式，大大減少短路電流，提高加工效率，并節約了電能。
3.專用的高頻窄脈沖高峰值電流的脈沖電源，實現了有生產實際意義的高光潔度加工。
圖1是本發明聚晶金剛石電火花超聲波復合加工設備的原理方框圖。
圖2是本發明聚晶金剛石電火花超聲波復合加工設備的高頻窄脈沖發生器及調制電路原理圖。
圖1、圖2給出了本發明的實施例，結合圖進一步描述本發明。超聲波發生器由超聲波正弦振蕩器、超聲波前置放大器、超聲波功率放大器和超聲換能器組成;脈沖發生器由高頻窄脈沖振蕩器、前置放大器和MOS功率放大器組成。由超聲波前置放大器2，引出超聲頻正弦信號。電壓比較器IC5、光電耦合器T2及電阻R13～R
組成的調制電路。電壓比較器的兩輸入端，其一接經過電阻R13的超聲頻信號，其二為經電阻R14、R15分壓的基準電壓。該電壓比較器的輸出接光電耦合器T2。該光電耦合器輸出一與超聲頻正弦信號相位為Kπ的脈沖調制信號，其中K的選取根據超聲換能器形式的不同而選取0或1，以保證調制脈沖在超聲換能器4縮短時有效(為高電平)。通過上述調制信號來控制IC3的復位端3。集成電路IC1、IC2、IC3，電阻R1～R
，電容C1和C2組成了高頻窄脈沖振蕩器。其中IC1、IC2為模擬門電路，IC3為雙單穩多諧振蕩器電路。當IC3復位端3為高電平時，IC3工作并發出一系列高頻窄脈沖信號并送入前置放大器IC4，當IC3復位端3為低電平時，IC3輸出為高電平、IC4輸出為低電平，無脈沖發出，由此實現了超聲波調制電火花脈沖電源的目的。前置放大器IC4的作用是將IC3的輸出信號變換成驅動功率管T4所需電平的脈沖信號，同時這個脈沖的上升、下降沿小于20ns。
在IC3復位端3為高電平、IC3輸出高頻窄脈沖信號時，由前置放大器IC4放大的脈沖信號送入由大功率場效應管T4、限流電阻R9～R11、負波吸收回路R12、C3、D1組成的功率放大器9，最終形成脈沖寬度在0.2μs～2μs之間，頻率在0.1MHZ～1.5MHZ之間，脈沖峰值電流在5A～50A之間的高頻加工脈沖，輸送到工具5與工件10之間的放電間隙11上。這就實現了當超聲換能器使工具5伸長時，功率放大器9不向放電間隙11輸送脈沖，工具在磨料作用下加工工件;當超聲換能器使工具5縮短時，功率放大器9向放電間隙11輸送脈沖，形成電火花放電、蝕除工件。
超聲波發生器的輸出功率是10W至400W之間。圖1中1.……超聲波正弦振蕩器;2……超聲波前置放大器;3……超聲波功率放大器;4……超聲換能器;5……工具;6……調制電路;7……高頻窄脈沖振蕩器;8……前置放大器;9……MOS功率放大器;10……工件;11……放電間隙。
權利要求
1.一個由脈沖發生器和超聲波發生器組成的電火花超聲波復合加工設備，其特征在于有由超聲頻信號控制脈沖發生的調制電路，在超聲換能器伸長時脈沖停止；在超聲換能器縮短時脈沖發出。
2.根據權利要求
1所述的電火花超聲波復合加工設備，其特征在于調制電路是由電壓比較器IC5、光電耦合器T2、電阻R13～R
組成。
3.根據權利要求
1、2所述的電火花超聲波復合加工設備，其特征在于脈沖的輸出頻率為0.1MHZ～1.5MHZ，脈沖寬度為0.2μs～2μs，峰值電流為5A～50A。
4.根據權利要求
3所述的電火花超聲波復合加工設備，其特征在于超聲波輸出功率在10W至400W之間。
專利摘要
一種電火花超聲波復合加工設備。屬于超硬材料的加工領域。該設備包括高頻高峰值電流窄脈沖發生器、超聲波發生器以及由超聲頻信號控制電火花脈沖發生的調制電路，利用在超聲振動的工具與聚晶金剛石工件之間，加入由超聲頻調制的高頻電火花脈沖放電，使工具在超聲換能器伸長時機械磨削工件，在縮短時放電蝕除工件。因此可大大提高加工速度和加工表面光潔度。可用于聚晶金剛石拉絲模、刀具、鉆頭等工具的加工。
文檔編號B23H7/00GK87101455SQ87101455
公開日1988年5月4日 申請日期1987年11月28日
發明者曹鳳國, 王建拓, 何北星, 黃建宇 申請人:北京市電加工研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan