一种超声振动辅助放电磨削加工装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声振动辅助放电磨削加工的装置及方法，属于导电性硬脆材料的精密零部件制造领域。
技术背景
[0002]目前，单一磨削加工不能满足精密零部件以及特殊材料的制作加工要求。采取复合加工方式如脉冲电火花加工与磨削加工的结合，能大大降低磨削力及提高表面质量，提高加工效率，但由于脉冲电火花本身的不稳定作用，造成空载脉冲与短路脉冲。本发明主要涉及一种超声振动辅助放电磨削加工装置及方法，因为现今技术表明造成磨削力和电火花短路率增大可能是磨肩阻碍，附着在工件表面等原因，而超声振动对工件的微振动能在清理磨肩及消除不稳定干扰因素方面有明显的效果，起到调整优化加工效果。电火花脉冲放电加工与磨削加工的结合已经不能满足现今精度的更高要求，为改善现有主流技术的不足，本发明设计出超声振动辅助放电磨削加工方法，与主流技术相比具有放电效率更高、表面质量更高且加工时间减少等特点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中电火花脉冲放电不稳定造成的空载脉冲及短路脉冲，以及放电磨削仍存在的切肩集聚等问题，提供一种超声振动辅助放电磨削加工的装置及方法。
[0004]利用电火花放电加工的脉冲电压，脉冲频率，占空比等放电参数、砂轮转速、进给速度、磨削深度等磨削参数，以及工件轴向超声振动辅助的振动频率及振幅进行一个优化组合，通过实验得出组最优化参数，应用到其他复合加工方式中，扩展传统加工与特种加工的结合度。
[0005]本发明可通过如下技术方案实现:
一方面，本发明提供了一种超声振动辅助放电磨削加工装置，包括安装有金刚石砂轮的超精密磨床、脉冲电源，还包括:
脉冲放电参数采集系统，用于实时获取金刚石砂轮加工时的脉冲放电参数；
超声振动辅助装置，固定在超精密磨床工作台上，用于安装工件并使工件产生轴向超声振动；
数据处理及调节系统，用于分析超声振动辅助装置的振动参数及实时获取的脉冲放电参数、磨削参数，利用超精密磨床的磨床CNC计算机控制系统自适应地调节脉冲电源的放电参数、磨床的磨削参数及超声振动辅助装置振动参数实现对硬脆性导电材料的超声振动辅助放电磨削加工。
[0006]进一步地，所述脉冲放电参数采集系统包括电压传感器、电流传感器、数字示波器，所述电压传感器和电流传感器分别将在线采集的放电回路的放电电压、电流波形经所述数字示波器输送至数据处理及调节系统。
[0007]进一步地，所述超声振动辅助装置包括轴向超声振动装置、设置在所述轴向超声振动装置上的夹具以及与所述轴向超声振动装置电路连接、用于调节所述轴向超声振动装置8振动参数的超声波调节装置9。
[0008]进一步地，所述数据处理及调节系统包括电脑终端、放电及磨削参数调节系统，所述电脑终端分别与超声波调节装置和所述电脑终端电路连接，用于将实时获取的放电参数、磨削参数、振动参数与预设参数进行比较分析后向放电及磨削参数调节系统及超声波调节装置发送调节信号;所述放电及磨削参数调节系统还连接磨床CNC计算机控制系统，用于根据调节信号控制超精密磨床自适应地调节脉冲电源的放电参数及磨削参数。
[0009]进一步地，所述轴向超声振动装置包括上平板和下平板，所述下平板上均布有四个换能器，每个换能器上竖直设置有支撑连接上平板的变幅杆，通过输入超声波调节装置的频率及振幅参数，使其产生超声波，同时通过四个变幅杆对上平板产生特定的轴向微振动，实现工件5的轴向微振动，促进放电磨削加工效率。
[0010]进一步地，所述轴向超声振动装置8的超声波频率为15?25KHZ，振幅为2?8微米。
[0011]另一方面，本发明还提供了一种采用如所述装置的超声振动辅助放电磨削加工方法，包括步骤:
1)将工件固定在超精密磨床的超声振动辅助装置上，工件、金刚石砂轮和脉冲电源形成放电回路；
2)金刚石砂轮在工件表面作轴向直线往复运动，同时超声振动辅助装置使工件产生轴向超声振动；
3 )脉冲放电参数采集系统实时获取金刚石砂轮磨削时的放电参数；
4)数据处理及调节系分析超声振动辅助装置的振动参数及实时获取的脉冲放电参数、磨削参数，利用超精密磨床的磨床CNC计算机控制系统自适应地调节脉冲电源的放电参数、磨床的磨削工艺参数及超声振动辅助装置振动参数实现对硬脆性导电材料的超声振动辅助放电磨削加工。
[0012]进一步地，步骤3)中，所述脉冲放电参数采集系统实时获取金刚石砂轮磨削时的放电参数具体为:
通过所述电压传感器和电流传感器分别在线采集放电回路的放电电压、电流波形，并经所述数字示波器输送至数据处理及调节系统。
[0013]进一步地，所述步骤4)具体包括:
41)电脑终端将实时获取的放电参数、磨削参数与数据库中预设的参数进行比较分析；
42)根据比较分析的结果向放电及磨削参数调节系统及超声波调节装置发送调节信号；
43)所述放电及磨削参数调节系统根据调节信号控制超精密磨床7自适应地调节脉冲电源的放电参数及磨削参数，同时超声波调节装置根据调节信号对轴向超声振动装置的超声波频率及振幅进行调整。
[0014]进一步地，所述放电参数包括脉冲电源的开路电压5?25V、占空比10?80%、频率4000 Hz?5000Hz、脉冲火花放电的放电间隙1?30 ys、脉宽10?150 ys、电流0.5?5 A;所述磨削参数包括金刚石砂轮的转速2000?6000 r/min、进给深度卜10 ym、进给速度50?500mm/mi η η
[0015]本发明的超声振动辅助放电磨削加工装置及方法，适用于干式放电磨削加工，是利用设置在砂轮上的电刷以及通过导线的导电硬脆性材料，通过磨削加工，砂轮与工件表面形成一回路，实施放电加工，其中低放电电压及占空比的存在令放电加工不存在短路问题，但是影响加工效率，且间隙放电不能满足全时间的磨削加工，随着时间推移，会导致切肩累积，对加工面形成阻碍加工，影响加工表面质量，因此，为了提高放电加工效率，采用超声振动辅助加工，即是在工件下方设置轴向超声振动装置，通过工件的微轴向振动，利用砂轮高速旋转的同时，作与砂轮旋转同方向的振动，促进磨肩碎化的同时降低磨肩的附着性，同时，增加脉冲放电对工件加工的面积，促进电蚀产物的均分，提高放电加工效率。
[0016]本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)与单一磨削加工、放电加工方式及放电磨削加工方式相比，本发明所设计的超声振动辅助放电磨削加工方法促进磨削加工对硬脆性材料的微破碎过程，提高材料去除率。
[0017]( 2)与单一磨削加工、放电加工方式及放电磨削加工方式相比，本发明所设计的超声振动辅助放电磨削加工方法降低放电加工的空载脉冲及短路脉冲的影响，充分利用放电间隙时间，电蚀产物的均分以及提高了单位面积内的脉冲放电数。
[0018]( 3)与单一磨削加工、放电加工方式及放电磨削加工方式相比，本发明所设计的超声振动辅助放电磨削加工方法，从根本上再一次提高加工效率，利用轴向微振动把附着的磨肩振碎及电蚀产物的均分，提高放电加工效果。
[0019](4)与单一磨削加工、放电加工方式及放电磨削加工方式相比，超声振动与放电加工的结合令工件表面加工质量更好。
【附图说明】