[0020]本发明电火花成形加工以石墨为工具电极，阵列形状即工具电极的表面设置有一定深度纵横交错的槽，电极局部成小块状，在这些小块状的电极周围布有均匀的冲液孔，加工过程中，工作液以一定的流速通过冲液孔进入槽中均匀冲洗到每一个小电极块。加工工件的运动形式主要是平动，由数控平台通过编程实现;工具电极可以作平动和进给运动，平动由专用平台头实现，进给运动由电火花成形进给系统完成。采用电火花成形加工方法时，被加工工件及工具电极均作相应的平动，分别由数控平台和平动头通过编程实现，当加工工件表面较大时，工具电极以石墨为主，采用阵列形式及高速冲液。平动及高速冲液改善放电效果。以平动形式加工大平面，避免了采用电极和工件旋转带来的跳动量问题，由于平面较大直接影响电极放电，达不到去除材料的目的，同时加工时容易短路，以电弧放电及电解为主。采用平动方式，降低了设备的精度要求，从加工原理上保证了工件的加工精度。
[0021]将电火花成形加工工具移除，装上超声加工工具即可实现超声磨削加工。超声磨削主要用于曲面加工。该方法实现与普通超声加工较类似，所不同是:本超声加工采用固结磨料的工具头，冲液采用水为工作液。所采用的超声电源为可编程电源。超声磨削加工曲面的原理:工件走圆形轨迹，超声工具头Z方向进给，两者合成形成曲面。该方法的实现对设备的精度要求较高，超声工具头采用球形，避免形状误差。
[0022]以上电源系统中电火花线切割电源采用高频脉冲电源，电源频率I?5MHz。电火花线切割脉冲电源由脉冲发生器、推动级、功率放大级及直流电源四部分组成。脉冲发生器是脉冲电源的脉冲源，脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲频率，均由脉冲发生器确定和调节。脉冲发生器主要有晶体管多谐振荡式脉冲发生器、单晶体管脉冲发生器、555集成芯片脉冲发生器和单片机脉冲发生器。推动级用以对脉冲发生器发出的脉冲信号进行放大，增大输出功率，可以用晶体管，也可以用集成电路。功率放大级是将推动级所提供的脉冲信号进行放大，为工件和电极丝(钼丝)之间的切割提供所需的脉冲电压和电流。电火花成形电源采用基于P丽控制的DC/DC智能调压电源。该电源装置包含加工脉冲变换器、加工脉冲时序变换器以及DC/DC变换器组成，可实现空载电压、脉冲宽度、脉冲间隔大范围可调，电能利用率较高。超声电源采用可编程恒流源电源。目前，超声加工中大多采用恒压式电源，在加工过程中随着阻抗的增大，电源功率也随之降低，这与加工效率相违背。本装置采用恒流式电源，加工功率随阻抗增大而增大，提高了超声加工系统的加工效率。超声磨削恒流电源主要包含硬件电路及软件控制系统两部分。硬件电路部分主要由电源供电模块，DDS正弦信号发生模块，功率放大电路模块，保护、监测电路模块，匹配电路模块等组成。软件控制部分主要由DSP与CPLD共同完成。DSP主要负责提供DDS信号，频率追踪，监控电路等部分，其程序的控制主要依托于中断模块来完成。CPLD主要负责数据的传输。
电火花成形进给系统主要完成磨削加工过程的伺服控制，通过检测峰值电压来判断放电状态，执行机构采用交流伺服电机，反应迅速、调速范围较宽。
[0023]具体应用例如下:
以加工直径为1230mm碳化硅反射镜为例，首先运用线切割加工反射镜的内圆和外圆；借助电火花数控编程系统，编制相应程序，切割反射镜的内外圆。加工参数为:电压105?120V，加工电流5?6A，走丝速度4?8m/s，占空比1/5?1/8，切削厚度I?2mm。切割后的表面粗糙度Ra为2?3μπι，加工表面质量基本符合粗加工要求。接下来，摘除电极丝替换电火花成形加工工具装置，进行电火花成形加工。通过编程系统，编写相应的程序，实现加工工件及工具电极同时平动，电火花成形加工进给系统根据加工要求实时进给，保证加工连续。加工反射镜背面时，分为粗加工和精加工两道工序。粗加工采用大脉宽、大电流进行加工，加工电流20?30Α，脉宽500如?2ms，加工电压100?120V，加工后表面达到Ra为5?8μπι;精加工采用小脉宽、小电流进行加工，加工电流5?10Α，脉宽20耶?lOOys，加工电压100?120V，加工后表面达到Ra为2?4μπι。电火花成形加工完成后，替换为超声加工工具装置，进入超声磨肖IJ。借助编程系统编写加工工件平动运动程序，超声伺服系统完成实时加工中工具电极的进给运动，工件按圆形轨迹运动，超声工具头Z方向实时进给保证材料去除。超声磨削加工电源参数(有效值):最大电压170V，电流0.5mA，超声振幅8?20um，超声磨削后加工表面粗糙度Ra为0.5?Iym。
【主权项】
1.碳化硅反射镜的加工方法，其特征在于，包括以下过程:首先利用电火花线切割加工工件的内外圆，然后利用电火花成形加工方法实现平面加工，最后通过超声磨削加工实现曲面加工;其中所述电火花成形加工方法中以石墨为工具电极，工具电极运动方式为平动或进给运动，工具电极的表面有纵横交错的槽，电极局部成小块状，所述小块状的电极周围布有均匀的冲液孔，加工过程中，工作液通过冲液孔进入槽中均匀冲洗每一个小电极块。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述电火花成形加工方法中电极放电形式为电火花放电、电弧放电或电解放电。3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述超声磨削加工中采用固结磨料的工具头，冲液采用水为工作液。4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述超声磨削加工中所采用的超声电源为可编程电源。5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述超声磨削加工中超声磨削加工曲面的过程为工件走圆形轨迹，超声工具头Z方向进给，两者合成形成曲面。6.碳化硅反射镜的加工装置，其特征在于，包括底座(I)、丝筒(2)、支架(3)、导向轮(4)、电源系统(5)、超声工具头(6)、变幅杆(7)、换能器(8)、超声伺服系统(9)、电火花成形进给系统(10)、执行机构(11)、工具电极(12)、平动头(13)、加工工件(14)、位置检测器(15)、数控平动台(16)和工作液循环系统(17);其中支架(3)设置于底座(I)上，导向轮(4)设置于支架(3)上，丝筒(2)内含电极丝，电极丝连接导向轮(4)，超声伺服系统(9)设置于支架(3)上，超声伺服系统(9)的输出端连接换能器(8)，换能器(8)下端连接变幅杆(7)，变幅杆(7)下端连接超声工具头(6);电火花成形进给系统(10)设置于支架(3)上，电火花成形进给系统(10)的输出端连接工具电极(12)，执行机构(11)设置于工具电极(12)上，且可上下移动;平动头(13)连接支架(3)，加工工件(14)设置于数控平动台(16)上，位置检测器(15)设置于数控平动台(16)上;工作液循环系统(17)提供整个装置运行过程中所需的工作液；电源系统(5)通过线路提供整个装置运行过程中的电源。7.根据权利要求6所述的碳化硅反射镜的加工装置，其特征在于，所述换能器(8)和变幅杆(7)之间通过螺栓连接;变幅杆(7)和超声工具头(6)之间通过螺栓连接。8.根据权利要求6所述的碳化硅反射镜的加工装置，其特征在于，所述电火花成形进给系统(10)为基于步进电机或者伺服电机实现，可以达到的进给分辨率为I?ΙΟμπι。
【专利摘要】本发明提供了一种碳化硅反射镜的加工方法及装置，其中加工方法组合了电火花线切割、电火花成形及超声磨削，并进行了改进。加工装置包括底座、丝筒、支架、导向轮、电源系统、超声工具头、变幅杆、换能器、超声伺服系统、电火花成形进给系统、执行机构、工具电极、平动头、加工工件、位置检测器、数控平动台和工作液循环系统。该方法加工效率高、成本低、表面质量好。
【IPC分类】B23H5/04, B24B1/04
【公开号】CN105619186
【申请号】CN201610113796
【发明人】汪炜, 耿其东, 缪兴华, 李成冬, 王昆
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月29日