一种旋转超声辅助电磁激励调制高效电弧加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料工程技术领域，是一种旋转超声辅助电磁激励调制高效电弧的新 型高效的电弧加工方法。
【背景技术】
[0002] 同电火花加工类似，电弧加工为非接触加工，是在加工过程中利用两极间受激电 弧放电群组或电火花放电群组蚀除金属或非金属导电材料的一种非接触加工方法，较电火 花加工，电弧加工具有更高的连续能量密度，因此特别适合超硬材料等难加工材料的高效 加工。电弧加工可以获得很高的材料去除率，在加工某些特殊材料，如加工镍基高温合金材 料时甚至高于高速铣削加工。但由于电弧放电能量密度大，不易控制，加工精度有待提高， 因此主要用于大去除量的粗加工阶段。如何有效控制电弧的运动实现加工精度的可控性， 是制约电弧加工推广应用的难题。为有效控制电弧运动，实现电弧高效高精度加工，提高加 工过程的稳定性，获得更高的加工精度和表面质量，必须对传统电弧加工技术进行突破，探 索新的电弧加工理论及方法。因此，一种新型的电弧加工理论及方法的提出，很有现实意 义。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有电弧加工方法的不足，本发明提出了一种电极旋转-超声振动-电磁 激励复合的电弧加工方法，该方法能够有效的改善电弧加工精度，提高加工效率，降低电极 损耗。
[0004] 电极旋转-超声振动-电磁激励辅助电弧加工平台主要部分由主轴旋转电机（1)、 旋转主轴(2)、旋转接头(3)、超声发声器(4)、励磁装置(5)、Z轴(6)、连接板(7)、工作台（8) 组成。连接板(7)固定在Z轴(6)上且能滑动，旋转电机(1)、旋转主轴(2)、旋转接头(3)、超声 发声器(4)、励磁装置(5)依次相连组成超声旋转电磁激励主轴，超声旋转电磁激励主轴固 定在连接板(7)上，并随连接板(7)上下移动。该超声旋转电磁激励主轴主要通过旋转主轴 (2)上方的主轴旋转电机（1)控制运行，实现在Z轴方向的移动，对工作台8上的材料进行加 工。
[0005] 第一阶段，以加工效率为主，电弧加工过程中，加工效率公式为7/ =1，其中V为 工件材料去除体积，t为加工一次所消耗的时间。电极损耗是由工具电极中热传导所损失的 能量和工件上的碎肩所带走的能量。其中绝大部分的损耗是由于工件上的碎肩所带走的。 工件上碎肩所带走的相对于总的放电能量百分f
车中 为工件上的碎肩熔化时所带走的能量，Edeb_v_W为工件上的碎肩气化所带走的能量，知 为放电电压，为放电电流，为放电脉宽。在对工件加工过程中，研究可得在加工过程中加 工效率^随着电流的增加而增加，但对加工效率影响的程度不变。随着电机进给速度f和工 件运动速度V的增大，加工效率^是先增大再减小。电极损耗ce随着电流I的增加呈增长趋 势，但增长幅度固定。随着电机进给速度f和工件运动速度v的的增加，电极损耗是先增 加，后减少。为了尽可能的降低电极损耗c e，提高加工效率nm，选取合适的电流I，电机进给速 度f，工件运动速度V。
[0006] 第二阶段，通过电极旋转-超声振动-电磁激励的三者协同作用，工具电极旋转、超 声振动引起极间间隙的高频变化，超声振动所具有的空化作用，同时以磁场电磁力驱动控 制弧斑的运动，提高电弧对工件加工过程中的稳定性和加工精度。
[0007] 本发明的一种旋转超声辅助电磁激励调制高效电弧加工方法能够使电弧加工更 加高效，同时降低了电弧加工过程中电极的损耗。在电极旋转-超声振动-电磁激励三者协 调统一作用下，能够有效解决现有电弧加工方法中对于电弧加工精度的不可控性，提高电 弧加工的精度。
【附图说明】
[0008] 图1是电极旋转-超声振动-电磁激励辅助电弧加工平台的左视图。
[0009] 图2是电极旋转-超声振动-电磁激励辅助电弧加工的驱动路线图。
[0010] 图中：1主轴旋转电机2旋转主轴3旋转接头4超声发声器5励磁装置6Z轴7连 接板8工作台
【具体实施方式】
[0011] 如图1-2所示，本发明主要是为解决现有电弧加工方法的不足，提出了基于电极旋 转-超声振动-电磁激励三者协同作用，采用电极旋转-超声振动-电磁激励辅助电弧加工平 台。工作进程主要分为两个阶段。
[0012] 第一阶段，选取适宜的放电电流、放电脉宽、电机进给速度等参数，先对所需加工 工件进行粗加工，取出大部分加工余量，从而提高对工件的加工效率，降低电极损耗。
[0013] 第二阶段，通过电极旋转-超声振动-电磁激励的三者协同作用，工具电极旋转、超 声振动引起极间间隙的高频变化，超声振动所具有的空化作用，同时以磁场电磁力驱动控 制弧斑的运动，提高加工过程中的稳定性以及加工精度。
【主权项】
1. 一种旋转超声辅助电磁激励调制高效电弧加工方法，电极旋转-超声振动-电磁激励 辅助电弧加工平台主要部分由主轴旋转电机（1)、旋转主轴(2)、旋转接头(3)、超声发声器 (4)、励磁装置(5)、Z轴(6)、连接板(7)、工作台（8)组成;连接板(7)固定在Z轴(6)上且能滑 动，旋转电机（1)、旋转主轴(2)、旋转接头(3)、超声发声器(4)、励磁装置(5)依次相连组成 超声旋转电磁激励主轴，超声旋转电磁激励主轴固定在连接板(7)上，并随连接板(7)上下 移动;该超声旋转电磁激励主轴主要通过旋转主轴(2)上方的主轴旋转电机（1)控制运行， 实现在Z轴方向的移动，对工作台（8)上的材料进行加工;其特征在于： 第一阶段，W加工效率为主，电弧加工过程中，加工效率公式为^其中乂为工件材 料去除体积，t为加工一次所消耗的时间；电极损耗是由工具电极中热传导所损失的能量和 工件上的碎屑所带走的能量;其中绝大部分的损耗是由于工件上的碎屑所带走的；工件上 碎屑所带走的相对于总的放电能量百分数，其中Edeb_"_W为工 件上的碎屑烙化时所带走的能量，Edeb_v_w为工件上的碎屑气化所带走的能量，We为放电电 压，ie为放电电流，te为放电脉宽;在对工件加工过程中，研究可得在加工过程中加工效率rim 随着电流的增加而增加，但对加工效率影响的程度不变;随着电机进给速度f和工件运动速 度V的增大，加工效率rim是先增大再减小；电极损耗Ce随着电流I的增加呈增长趋势，但增长 幅度固定；随着电机进给速度f和工件运动速度V的的增加，电极损耗Ce是先增加，后减少； 为了尽可能的降低电极损耗Ce，提高加工效率rim，选取合适的电流I，电机进给速度f，工件运 动速度V; 第二阶段，通过电极旋转-超声振动-电磁激励的Ξ者协同作用，工具电极旋转、超声振 动引起极间间隙的高频变化，超声振动所具有的空化作用，同时W磁场电磁力驱动控制弧 斑的运动，提高电弧对工件加工过程中的稳定性和加工精度。2. 根据权利要求1所述的一种旋转超声辅助电磁激励调制高效电弧加工方法，其特征 在于:使用超声发生器(4)、励磁装置(5)分别产生超声振动和电磁激励，再采用旋转电极， Ξ者协调统一作用，从而调控放电电弧，实现对工件加工精度的可控性;工具电极旋转、超 声振动引起极间间隙的高频变化，超声振动所具有的空化作用，同时W磁场电磁力驱动控 制弧斑的运动，提高电弧对工件加工过程中的稳定性和加工精度。
【专利摘要】一种旋转超声辅助电磁激励调制高效电弧加工方法，该方法主要由第一阶段的效率驱动和第二阶段的精度驱动。在效率驱动阶段，以合适的放电参数和电机进给速度等参数，对加工工件进行粗加工，去除部分加工余量，从而提高加工效率，降低电极损耗。在精度驱动阶段，采用旋转电极，超声振动和电磁激励三者协调统一辅助电弧对工件的精加工。工具电极旋转、超声振动引起极间间隙的高频变化，超声振动所具有的空化作用，同时以磁场电磁力驱动控制弧斑的运动，提高加工过程中的稳定性以及加工精度。
【IPC分类】B23K28/02
【公开号】CN105537786
【申请号】CN201610125308
【发明人】徐明刚, 黄文勇, 张振, 李旻瑄, 赵洁明, 刘贵珍, 葛星
【申请人】北方工业大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年3月4日