一種超聲振動輔助放電磨削加工裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲振動輔助放電磨削加工的裝置及方法，屬于導(dǎo)電性硬脆材料的精密零部件制造領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]目前，單一磨削加工不能滿足精密零部件以及特殊材料的制作加工要求。采取復(fù)合加工方式如脈沖電火花加工與磨削加工的結(jié)合，能大大降低磨削力及提高表面質(zhì)量，提高加工效率，但由于脈沖電火花本身的不穩(wěn)定作用，造成空載脈沖與短路脈沖。本發(fā)明主要涉及一種超聲振動輔助放電磨削加工裝置及方法，因為現(xiàn)今技術(shù)表明造成磨削力和電火花短路率增大可能是磨肩阻礙，附著在工件表面等原因，而超聲振動對工件的微振動能在清理磨肩及消除不穩(wěn)定干擾因素方面有明顯的效果，起到調(diào)整優(yōu)化加工效果。電火花脈沖放電加工與磨削加工的結(jié)合已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今精度的更高要求，為改善現(xiàn)有主流技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計出超聲振動輔助放電磨削加工方法，與主流技術(shù)相比具有放電效率更高、表面質(zhì)量更高且加工時間減少等特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中電火花脈沖放電不穩(wěn)定造成的空載脈沖及短路脈沖，以及放電磨削仍存在的切肩集聚等問題，提供一種超聲振動輔助放電磨削加工的裝置及方法。
[0004]利用電火花放電加工的脈沖電壓，脈沖頻率，占空比等放電參數(shù)、砂輪轉(zhuǎn)速、進給速度、磨削深度等磨削參數(shù)，以及工件軸向超聲振動輔助的振動頻率及振幅進行一個優(yōu)化組合，通過實驗得出組最優(yōu)化參數(shù)，應(yīng)用到其他復(fù)合加工方式中，擴展傳統(tǒng)加工與特種加工的結(jié)合度。
[0005]本發(fā)明可通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
一方面，本發(fā)明提供了一種超聲振動輔助放電磨削加工裝置，包括安裝有金剛石砂輪的超精密磨床、脈沖電源，還包括:
脈沖放電參數(shù)采集系統(tǒng)，用于實時獲取金剛石砂輪加工時的脈沖放電參數(shù)；
超聲振動輔助裝置，固定在超精密磨床工作臺上，用于安裝工件并使工件產(chǎn)生軸向超聲振動；
數(shù)據(jù)處理及調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于分析超聲振動輔助裝置的振動參數(shù)及實時獲取的脈沖放電參數(shù)、磨削參數(shù)，利用超精密磨床的磨床CNC計算機控制系統(tǒng)自適應(yīng)地調(diào)節(jié)脈沖電源的放電參數(shù)、磨床的磨削參數(shù)及超聲振動輔助裝置振動參數(shù)實現(xiàn)對硬脆性導(dǎo)電材料的超聲振動輔助放電磨削加工。
[0006]進一步地，所述脈沖放電參數(shù)采集系統(tǒng)包括電壓傳感器、電流傳感器、數(shù)字示波器，所述電壓傳感器和電流傳感器分別將在線采集的放電回路的放電電壓、電流波形經(jīng)所述數(shù)字示波器輸送至數(shù)據(jù)處理及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0007]進一步地，所述超聲振動輔助裝置包括軸向超聲振動裝置、設(shè)置在所述軸向超聲振動裝置上的夾具以及與所述軸向超聲振動裝置電路連接、用于調(diào)節(jié)所述軸向超聲振動裝置8振動參數(shù)的超聲波調(diào)節(jié)裝置9。
[0008]進一步地，所述數(shù)據(jù)處理及調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括電腦終端、放電及磨削參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述電腦終端分別與超聲波調(diào)節(jié)裝置和所述電腦終端電路連接，用于將實時獲取的放電參數(shù)、磨削參數(shù)、振動參數(shù)與預(yù)設(shè)參數(shù)進行比較分析后向放電及磨削參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及超聲波調(diào)節(jié)裝置發(fā)送調(diào)節(jié)信號;所述放電及磨削參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)還連接磨床CNC計算機控制系統(tǒng)，用于根據(jù)調(diào)節(jié)信號控制超精密磨床自適應(yīng)地調(diào)節(jié)脈沖電源的放電參數(shù)及磨削參數(shù)。
[0009]進一步地，所述軸向超聲振動裝置包括上平板和下平板，所述下平板上均布有四個換能器，每個換能器上豎直設(shè)置有支撐連接上平板的變幅桿，通過輸入超聲波調(diào)節(jié)裝置的頻率及振幅參數(shù)，使其產(chǎn)生超聲波，同時通過四個變幅桿對上平板產(chǎn)生特定的軸向微振動，實現(xiàn)工件5的軸向微振動，促進放電磨削加工效率。
[0010]進一步地，所述軸向超聲振動裝置8的超聲波頻率為15?25KHZ，振幅為2?8微米。
[0011]另一方面，本發(fā)明還提供了一種采用如所述裝置的超聲振動輔助放電磨削加工方法，包括步驟:
1)將工件固定在超精密磨床的超聲振動輔助裝置上，工件、金剛石砂輪和脈沖電源形成放電回路；
2)金剛石砂輪在工件表面作軸向直線往復(fù)運動，同時超聲振動輔助裝置使工件產(chǎn)生軸向超聲振動；
3 )脈沖放電參數(shù)采集系統(tǒng)實時獲取金剛石砂輪磨削時的放電參數(shù)；
4)數(shù)據(jù)處理及調(diào)節(jié)系分析超聲振動輔助裝置的振動參數(shù)及實時獲取的脈沖放電參數(shù)、磨削參數(shù)，利用超精密磨床的磨床CNC計算機控制系統(tǒng)自適應(yīng)地調(diào)節(jié)脈沖電源的放電參數(shù)、磨床的磨削工藝參數(shù)及超聲振動輔助裝置振動參數(shù)實現(xiàn)對硬脆性導(dǎo)電材料的超聲振動輔助放電磨削加工。
[0012]進一步地，步驟3)中，所述脈沖放電參數(shù)采集系統(tǒng)實時獲取金剛石砂輪磨削時的放電參數(shù)具體為:
通過所述電壓傳感器和電流傳感器分別在線采集放電回路的放電電壓、電流波形，并經(jīng)所述數(shù)字示波器輸送至數(shù)據(jù)處理及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0013]進一步地，所述步驟4)具體包括:
41)電腦終端將實時獲取的放電參數(shù)、磨削參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中預(yù)設(shè)的參數(shù)進行比較分析；
42)根據(jù)比較分析的結(jié)果向放電及磨削參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及超聲波調(diào)節(jié)裝置發(fā)送調(diào)節(jié)信號；
43)所述放電及磨削參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)調(diào)節(jié)信號控制超精密磨床7自適應(yīng)地調(diào)節(jié)脈沖電源的放電參數(shù)及磨削參數(shù)，同時超聲波調(diào)節(jié)裝置根據(jù)調(diào)節(jié)信號對軸向超聲振動裝置的超聲波頻率及振幅進行調(diào)整。
[0014]進一步地，所述放電參數(shù)包括脈沖電源的開路電壓5?25V、占空比10?80%、頻率4000 Hz?5000Hz、脈沖火花放電的放電間隙1?30 ys、脈寬10?150 ys、電流0.5?5 A;所述磨削參數(shù)包括金剛石砂輪的轉(zhuǎn)速2000?6000 r/min、進給深度卜10 ym、進給速度50?500mm/mi η η
[0015]本發(fā)明的超聲振動輔助放電磨削加工裝置及方法，適用于干式放電磨削加工，是利用設(shè)置在砂輪上的電刷以及通過導(dǎo)線的導(dǎo)電硬脆性材料，通過磨削加工，砂輪與工件表面形成一回路，實施放電加工，其中低放電電壓及占空比的存在令放電加工不存在短路問題，但是影響加工效率，且間隙放電不能滿足全時間的磨削加工，隨著時間推移，會導(dǎo)致切肩累積，對加工面形成阻礙加工，影響加工表面質(zhì)量，因此，為了提高放電加工效率，采用超聲振動輔助加工，即是在工件下方設(shè)置軸向超聲振動裝置，通過工件的微軸向振動，利用砂輪高速旋轉(zhuǎn)的同時，作與砂輪旋轉(zhuǎn)同方向的振動，促進磨肩碎化的同時降低磨肩的附著性，同時，增加脈沖放電對工件加工的面積，促進電蝕產(chǎn)物的均分，提高放電加工效率。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
(1)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，本發(fā)明所設(shè)計的超聲振動輔助放電磨削加工方法促進磨削加工對硬脆性材料的微破碎過程，提高材料去除率。
[0017]( 2)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，本發(fā)明所設(shè)計的超聲振動輔助放電磨削加工方法降低放電加工的空載脈沖及短路脈沖的影響，充分利用放電間隙時間，電蝕產(chǎn)物的均分以及提高了單位面積內(nèi)的脈沖放電數(shù)。
[0018]( 3)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，本發(fā)明所設(shè)計的超聲振動輔助放電磨削加工方法，從根本上再一次提高加工效率，利用軸向微振動把附著的磨肩振碎及電蝕產(chǎn)物的均分，提高放電加工效果。
[0019](4)與單一磨削加工、放電加工方式及放電磨削加工方式相比，超聲振動與放電加工的結(jié)合令工件表面加工質(zhì)量更好。
【附圖說明】