一种可控化的多维超声elid复合内圆磨削试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磨削试验装置技术领域，尤其涉及一种可控化的多维超声ELID复合内圆磨削试验装置。
【背景技术】
[0002]光学玻璃、工程陶瓷等硬脆材料具有耐高温、耐磨损、耐化学腐蚀、抗高温蠕变、低热膨胀系数等特点，对发展国防军工、航天、精密仪表、精密机床等尖端科学技术具有重要的意义。但由于该材料的难加工特性，诸如脆性大在加工中很容易产生多类损伤，从而使之应用受到限制。为解决这些难题，近年来许多研究者对这类硬脆材料的高效超精密加工方法进行了研究，诸如硬脆材料的预应力加工法、磁性抛光技术、超声ELID加工技术等。在这些加工方法中，超声ELID超精密加工方法由于超声振动的施加，使其具有了独特的加工优势，如砂轮能够得到在线修整，磨削效率、磨削表面质量能得到大幅度提高等，成为近年来研究的一个新方向。国内外广泛的研究已经证实了超声振动磨削在提高材料去除率、提高加工表面质量与加工精度、降低工件表面损伤以及延长砂轮寿命等方面显示了一定的优越性。如一维轴向超声振动磨削能使加工表面质量的显著提高，一维径向超声辅助磨削能使材料去除率的大幅度提高等。在此基础上，为了充分发挥超声振动磨削的优点，各国学者先后提出了不同类型的二维乃至三维的多维超声振动磨削技术。但尽管多维超声振动磨削技术具有优越的综合加工性能，但是目前其仍存在一定的技术难题，例如存在着当负载、温度等条件变化时振速不稳定，超声振动施加困难，超声加工中的谐振频率漂移、振动振幅降低、加工效率降低、加工质量不稳定，其谐振状态的调节涉及到多台超声波发生器、换能器、工具与工件的匹配，人工实施起来比较困难等一系列问题。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种调节方便、性能可靠、经济实用，适用于硬脆材料的超精密加工，能够实现多维超声振动与ELID磨削技术相复合的可控化的多维超声ELID复合内圆磨削试验装置。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种可控化的多维超声ELID复合内圆磨削试验装置，包括工作台和垂直设在工作台上方的机床主轴，机床主轴下端同轴连接有刀柄，刀柄下部设置有Z向超声振动系统，Z向超声振动系统右侧设置有ELID在线修整装置，工作台上表面水平设有固定板，固定板中部沿垂直方向设有转轴，转轴下端与固定板转动连接，转轴上端固定连接有与固定板平行的转盘，固定板上设有位于转轴一侧的电动机，转轴上套设有转子，并且转子与转轴固定连接，转子外圈设有定子，定子通过导线与电动机连接，转盘上设有X向超声振动系统和Y向超声振动系统，转盘上方设有圆形托盘，圆形托盘中心设有圆形卡盘，转轴、转子、定子、转盘、圆形托盘和圆形卡盘的中心线重合，工作台右侧设置有计算机控制系统。
[0005]Z向超声振动系统包括固定架、Z向超声波发生器、Z向超声振动换能器和Z向超声振动变幅杆，固定架套设在机床主轴下端部并与刀柄固定连接，固定架上自上而下套设有上感应盘和下感应盘，上感应盘右侧部通过紧固螺钉固定连接有连接盘，2向超声振动换能器设置在固定架内，Z向超声波发生器通过导线与Z向超声振动换能器连接，Z向超声振动换能器下端与Z向超声振动变幅杆上端连接，Z向超声振动变幅杆下端部伸出固定架并设置有砂轮，固定架、Z向超声振动换能器、Z向超声振动变幅杆、刀柄和机床主轴的中心线重合。
[0006]ELID在线修整装置包括磨削液输送管、磨削液喷嘴、支撑轴和ELID专用电源，磨削液输送管的出液口与磨削液喷嘴的进液口连接，磨削液喷嘴的喷液口朝向砂轮，支撑轴上部通过销钉套设有固定套筒，固定套筒上端设有电磁吸盘，电磁吸盘上端吸附在连接盘的下表面，电磁吸盘上设置有手柄，支撑轴上设有外螺纹，支撑轴中部螺纹连接有两个绝缘夹板，两个绝缘夹板之间水平设有阳极连接架，两个绝缘夹板夹紧阳极连接架右端部，阳极连接架左端部设有阳极碳刷，阳极碳刷包括金属支架、连接管、第一弹簧和碳刷头，金属支架固定在阳极连接架左端部并且通过导线与ELID专用电源的阳极连接，连接管右端固定在阳极连接架左端，金属支架左端与第一弹簧连接，第一弹簧设在连接管内，第一弹簧左端与碳刷头连接，碳刷头右端滑动连接在连接管左端部内，碳刷头左端与固定架外壁压接配合，支撑轴底端设有阴极连接架，阴极连接架包括呈一体结构的上套管和下套管，上套管螺纹连接在支撑轴底端，下套管水平设置，下套管内同轴向设有内螺杆，内螺杆左端向左穿出下套管，下套管左端套设有左套管，左套管内设有螺纹并与内螺杆螺纹连接，内螺杆右侧与下套管螺纹连接，内螺杆右端螺纹连接有与下套管右端顶压配合的螺母，左套管左端设有阴极装置，阴极装置包括垂直设置的阴极绝缘外套管和位于阴极绝缘外套管内的阴极铜质内套管，阴极绝缘外套管与阴极铜质内套管同轴线设置，阴极绝缘外套管与阴极铜质内套管之间通过均匀间隔设置的陶瓷滚珠连接，阴极绝缘外套管上端和下端均设有环状绝缘盖，环状绝缘盖下端卡接在阴极绝缘外套管与阴极铜质内套管之间，阴极绝缘外套管右侧面水平开设有通透的圆孔，圆孔内水平设置有绝缘连接套管，绝缘连接套管左端与阴极铜质内套管外侧壁连接，阴极铜质内套管外侧壁上设有位于绝缘连接套管内的阴极电刷，阴极电刷右端连接有第二弹簧，第二弹簧右端固定设在绝缘连接套管内壁上，第二弹簧通过导线与ELID专用电源的阴极连接，阴极绝缘外套管右侧壁通过连接螺钉固定连接有绝缘垫片，左套管左端部外壁设有螺纹并螺纹连接在绝缘垫片内。
[0007]X向超声振动系统包括X向超声波发生器、X向超声振动换能器、X向超声振动变幅杆和X向超声保持架；
Y向超声振动系统包括Y向超声波发生器、Y向超声振动换能器、Y向超声振动变幅杆和Y向超声保持架；
X向超声保持架和Y向超声保持架均垂直固定连接在转盘边缘，X向超声保持架的中心和转盘中心的连线与Y向超声保持架的中心和转盘的连线呈90度垂直交叉布置，X向超声振动变幅杆水平穿设在X向超声保持架内并与X向超声保持架法兰连接，Y向超声振动变幅杆水平穿设在Y向超声保持架内并与Y向超声保持架法兰连接，X向超声振动换能器设置在X向超声振动变幅杆上远离转盘中心的一端，X向超声波发生器通过导线与X向超声振动换能器连接，Y向超声振动换能器设置在Y向超声振动变幅杆上远离转盘中心的一端，Y向超声波发生器通过导线与Y向超声振动换能器连接，X向超声振动变幅杆和Y向超声振动变幅杆靠近转盘中心的一端分别通过双头螺钉与圆形托盘固定连接。
[0008]计算机控制系统包括霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、等效电路、滤波电路、数据采集卡和计算机处理装置，X向超声波发生器、Y向超声波发生器和Z向超声波发生器分别通过导线与计算机处理装置连接，霍尔电流传感器和霍尔电压传感器与ELID专用电源相连。
[0009]采用上述技术方案，本发明具有如下优点:
1、本发明通过在加工中心机床主轴上设置Z向超声振动系统，机床主轴下方设置能X、Y向超声振动系统，机床主轴右侧设置ELID在线修整装置，机床右侧设置计算机控制系统，可根据工作要求进行砂轮ELID在线修整与否，并能通过计算机控制系统实现超声ELID内圆磨削的多维可控化，对于这种可用于各种材料加工的高效镜面加工技术(超声ELID内圆磨削技术)机理的研究，推进其在国防、航空航天等高技术领域中的应用具有重要的意义；
2、本发明在加工工件时，首先将待加工的工件通过圆形卡盘固定在圆形托盘上，打开电动机，通过转轴带动转盘、圆形托盘、工件进行转动，砂轮安装在Z向超声振动变幅杆下端，打开Z向超声波发生器，通过Z向超声振动换能器和Z向超声振动变幅杆实现砂轮的Z向超声振动，并使磨削液喷嘴处于阴极铜质内套管和砂轮的上方，工作时打开磨削液喷嘴使砂轮在进行ELID修整的同时，能带走部分磨削热量，提高加工效果，圆形托盘分别通过双头螺钉与X向超声振动变幅杆和Y向超声振动变幅杆固定连接，打开X向超声波发生器，通过X向超声振动换能器实现工件的X向超声振动，打开Y向超声波发生器，通过Y向超声振动换能器实现工件的Y向超声振动，ELID专用电源的正极通过阳极碳刷与砂轮相连，ELID专用电源的负极与阴极铜质内套管相连，形成闭合回路，计算机控制系统通过霍尔电流传感器、霍尔电压传感器同时采集砂轮、工件和ELID在线修整装置的状态及相互影响程度，再自动由计