超声调制微细电化学加工实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种超声调制微细电化学加工实验系统，属于复合精密、微细特种加 工技术领域。
【背景技术】
[0002] 难加工材料（如电子陶瓷、高溫合金、硬质合金等）、复杂异形面（如维曲面、 异型孔槽等）零部件的制造已成为现代制造科学的研究热点，其核屯、问题在于如何解决精 密、微细加工难题。
[0003] 在精密微细特种加工技术领域，电化学加工W"分子"级单位去除加工，具有微精 加工的机理优势，存在实行微细加工甚至纳米级加工的可行性。其中，基于电化学阳极溶解 的电解加工由于大电流时的杂散腐蚀作用、精度较难控制、而微电流电解由于纯化作用，加 工过程难W持续。采用高频、窄脉冲微细电解可消除纯化，实现小间隙微精加工。目前有选 用高频窄脉冲电源，将超声与电解复合用于大电流密度下的高速大去除量加工，提高了加 工的效率。然而微小间隙过程变化复杂，若无精密微位移进给系统和及时去除加工杂质的 电解液系统，电解加工过程随时可能发生短路，运无疑将造成工具、工件烧伤报废，影响到 加工过程的安全持续运行。
[0004] 在超声复合电解加工实践中，因电极与加工工件间存在复杂多变的物理、化学过 程，加工深度越深，加工过程的稳定性越难W持续保持，如没有完善的超声辅助系统、电解 加工系统、伺服进给系统、电解液系统、短路保护系统，就不能对加工过程进行及时有效的 在线参数的调节与控制，加工过程将不稳定，同时加工效率、精度均将下降。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种超声调制微细电化学加工实验系统，解决上述问题中加 工深度不可实时准确调节控制的缺陷，解决随着加工深度增大，加工过程中出现的稳定性 低、加工效率低、加工精度下降的缺陷，通过本发明可准确检测加工区的间隙大小，实现工 件的恒速进给加工，工作液的循环更新有效排除加工产物，利用超声辅助电解加工W提高 加工效率，增加短路保护装置W提高加工安全度，本发明在提高工件加工效率与加工稳定 性同时，可有效提高加工精度、提高加工表面质量。
[0006] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：超声调制微细电化学加工实验系统， 其特征是，包括超声振动系统、电解加工系统、同步斩波系统、伺服进给系统、短路保护系 统、电解液循环系统、在线参数调节系统、PLC装置；
[0007] 所述超声振动系统包括超声电源、压电式换能器、压电陶瓷片、变幅杆、工具电极； 所述电解加工系统包括数字存储示波器、脉冲电源、限流电阻、电流传感器、电压传感器、加 工工件；所述同步斩波系统包括同步斩波器、激光微位移传感器、超声振动测量基准片；
[0008] 所述伺服进给系统包括Z进给机构、X进给机构、Y进给机构、电机驱动器、升降台、 工作台、位移传感器，所述Z进给机构包括伺服电机、减速器、滚珠丝杠；所述短路保护系统 设有电磁阀开关；
[0009] 所述电解液循环系统包括溫度传感器、电导率传感器、纯净水、电解质、储液槽、出 液管、进液管；所述在线参数调节系统设有控制计算机；
[0010] 所述超声振动系统中，压电式换能器与超声电源连接，变幅杆一端与压电陶瓷片 连接，另一端连接工具电极，超声电源产生连续可调的超声频交变电信号，经过压电式换能 器、压电陶瓷片和变幅杆转换放大后传递至工具电极，工具电极的端面产生同频超声频机 械振动，并作用于加工工件，加工工件置于设有电解液的工作台内；
[0011] 所述电解加工系统中，限流电阻串联在电解加工系统中，可调节单个脉冲放电能 量，其分别连接变幅杆与脉冲电源；所述脉冲电源还分别连接数字存储示波器、电流传感 器，电流传感器也连接于数字存储示波器，并将电解加工系统中的电流信号转换为电压信 号，由数字存储示波器进行显示、测量、存储，用数字存储示波器的两个通道，可观测超声 振动位置与电源加电电压的同步精度与变化情况；数字存储示波器与控制计算机连接，数 字存储示波器的电信号可由串行口传送到控制计算机中显示、处理；电压传感器一端连接 PLC装置，另一端连接工具电极与加工工件，可测得电解加工时的极间电压值；
[0012] 所述同步斩波系统中，激光微位移传感器位于超声振动测量基准片上方，并与同 步斩波器连接，对工具电极位置进行动态快速测量，将其转换为包含超声振动频率、相位、 幅值信息的电信号传送给同步斩波器；同步斩波器产生关闭与开通的斩波信号，控制所述 电解加工系统的开通与关断，使电解加电与所述工具电极的超声频振动实现同频、同步，提 高电解加工工件的效率；
[0013] 所述伺服进给系统中，还包括支撑架、装置底座，X进给机构固定于Y进给机构，Y 进给机构固定于装置底座，支撑架置于工作台下方，并固定于X进给机构上；Z进给机构的 伺服电机安装于支撑架内，与减速器配套使用，伺服电机由电机驱动器驱动运行，电机驱动 器连接于PLC装置；所述升降台、滚珠丝杠均置于支撑架的内部空腔，滚珠丝杠穿过升降台 中部与伺服电机连接，并在伺服电机的驱动下，带动升降台上下移动；所述工作台正下方设 有工作台底座，工作台底座插入支撑架的内部空腔，并置于升降台上方，升降台上下移动， 带动工作台作Z向进给移动，工作台下方设置有可实现检测升降距离变化的位移传感器， 该位移传感器连接于PLC装置；
[0014] 所述短路保护系统中，电磁阀开关分别连接电流传感器、同步斩波器，且电磁阀开 关与电流传感器一并连接于PLC装置，一旦电流传感器检测到电解短路信号，PLC装置通过 电磁阀开关使所述电解加工系统断电，防止因短路对工具电极或加工工件的损坏，起到了 短路保护的作用；
[0015] 所述电解液循环系统中，溫度传感器与电导率传感器用于检测工作台内电解液的 溫度与分析电解液的电解质的成分对比，且两传感器均连接于PLC装置，纯净水与电解质 的容器下分别设有纯净水电磁阀开关、电解质电磁阀开关；工作台与储液槽通过出液管与 进液管连接，出液管上设有出液管电磁阀开关，进液管上设有离屯、累与过滤器，离屯、累由累 用电动机控制，累用电动机、纯净水电磁阀开关、电解质电磁阀开关、出液管电磁阀开关均 连接于PLC装置，进液管与出液管的端口分布于储液槽内两端，两端口之间设有过滤网，有 效过滤掉电解加工排除的颗粒杂物；
[0016] 所述在线参数调节系统中，控制计算机连接超声电源、数字存储示波器、激光微位 移传感器、PLC装置，控制计算机通过实时采集实验加工过程数据，对加工过程进行实时参 数数据的调节，进而控制超声振动系统、电解加工系统、同步斩波系统、伺服进给系统、短路 保护系统、电解液循环系统，通过对整个实验系统实时在线参数配置，实现对实验系统的控 制调节。
[0017] 优选的，所述工作台底座底端外壁与支撑架的空腔内壁间隙配合，工作台底座的 底端面与升降台之间设有橡胶垫圈，W避免冲击力造成相互的损坏。
[0018] 进一步优选的，所述电磁阀开关为常闭开关，灵敏度高，起到短路快速切断作用。
[0019] 进一步优选的，所述离屯、累优选多级离屯、累，密封和防腐较好，所W使用周期较 长。
[0020] 进一步优选的，所述工作台与储液槽选用防腐蚀强的花岗岩或耐蚀水泥制作。
[0021] 进一步优选的，所述过滤网采用筛孔尺寸为〇0. 07-0. 15mm的尼龙丝网。
[0022] 进一步优选的，所述电解质优选硝酸钢，电解液选用质量分数为5%的硝酸钢水溶 液，其中均参入碳化棚WlO微粉。
[0023] 进一步优选的，所述支撑架中电机为伺服电机进给精度高，承载能力强，相应速度 快，不丢步。
[0024] 进一步优选的，升降台的导轨为滚珠丝杠，保证了高的传动灵敏度，使低速进给时 不发生爬行现象。所述升