多軸聯(lián)動超聲調(diào)制微細電解加工系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多軸聯(lián)動超聲調(diào)制微細電解加工系統(tǒng)，屬于復(fù)合精密、微細特種加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，要求產(chǎn)品在有限空間內(nèi)具有多種功能，因而對難加工材料、小型化、微型化的超精加工要求越來越高。精密微細與復(fù)雜曲面加工技術(shù)結(jié)合交叉了多學(xué)科的內(nèi)容，是一個融前沿高技術(shù)和工程應(yīng)用于一體的科學(xué)技術(shù)體系，成為現(xiàn)代制造科學(xué)的研究熱點，也是各類工藝競相發(fā)展的重要手段。
[0003]復(fù)合精密、微細特種加工技術(shù)領(lǐng)域，出現(xiàn)了微細超聲加工與微細電火花加工、微細電解加工等微細復(fù)合加工方法，這些加工方法解決了普通切削難以實現(xiàn)的微細加工難題，在零部件的微細加工中發(fā)揮了重要作用，然而，此種加工方法亦有其局限性。
[0004]中國發(fā)明專利申請“CN200610037902.8”公開了一種超聲電解復(fù)合微細加工方法及裝置，該實用新型的微壓力調(diào)節(jié)與Z向自動進給測量裝置通過增加砝碼使工作臺在液壓力作用下自動向上進給，隨著加工深度的增加，工具電極與微加工器件很難繼續(xù)保持恒定的微壓力，而且增加砝碼的手工方式增加了人力，不利于微細加工的自動化發(fā)展;加工中，必須在電解液中混入粒度較大的超聲磨粒，進行超聲加工同時阻止陰極的直接接觸造成的電解短路，但是超聲磨粒在消除鈍化、去除材料的同時，也會對工具電極產(chǎn)生磨損，減少了工具電極的使用壽命，較難達到微精加工的精度要求。
[0005]中國發(fā)明授權(quán)專利“CN102513622B”公開了一種難加工材料的微精加工方法，在加工中工件與電極保持一定恒壓力接觸，利用磁性調(diào)節(jié)機構(gòu)，進行微壓力連續(xù)無極調(diào)節(jié)，此加工方法沒有精密穩(wěn)速的工作臺進給系統(tǒng)，所以只能進行軸向加工，可加工零件有限，不能進行工件的三維加工，更不能用于加工復(fù)雜曲面或者異形孔槽，同時，當(dāng)加工中出現(xiàn)短路情況時，因沒有保護應(yīng)急措施，工件與工具電極將直接燒毀，不利于工件的可持續(xù)加工。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供了一種多軸聯(lián)動超聲調(diào)制微細電解加工系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對難加工材料(如電子陶瓷、高溫合金、硬質(zhì)合金等)的加工，而且可以加工復(fù)雜曲面或者異形孔槽，加工過程中，加工速度、加工間隙等參數(shù)可實時檢測調(diào)節(jié)，有效減少工具電極損耗以及加工區(qū)的碰撞短路，提高工件的加工質(zhì)量和加工效率。
[0007]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:多軸聯(lián)動超聲調(diào)制微細電解加工系統(tǒng)，其特征是，包括超聲振動系統(tǒng)、超聲同步系統(tǒng)、電解加工供電系統(tǒng)、多軸機床控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、加工定位與間隙檢測系統(tǒng)、在線參數(shù)觀測與控制系統(tǒng)；
[0008]所述超聲振動系統(tǒng)包括超聲電源、超聲波發(fā)生器、超聲調(diào)節(jié)電路、橫縱向激勵裝置、換能器、變幅桿、工具電極;所述超聲同步系統(tǒng)中設(shè)有振動測量片；
[0009]所述電解加工供電系統(tǒng)包括限流電阻、脈沖電源、電磁閥開關(guān)、同步斬波器、電流傳感器；
[0010]所述多軸機床控制系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器組、伺服電機組、Y軸進給機構(gòu)、X軸進給機構(gòu)、Z軸進給機構(gòu)、C向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、A向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(C向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心軸平行于Z軸，A向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心軸平行于X軸);
[0011]所述工作液循環(huán)系統(tǒng)包括工作液槽、工作液配送裝置、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器；
[0012]所述加工定位與間隙檢測系統(tǒng)包括X軸向激光微位移傳感器、Y軸向激光微位移傳感器、Z軸向激光微位移傳感器、A向旋轉(zhuǎn)編碼器、C向旋轉(zhuǎn)編碼器、Z軸向位移傳感器、X軸向位移傳感器、Y軸向位移傳感器；
[0013]所述在線參數(shù)觀測與控制系統(tǒng)包括控制計算機以及與控制計算機連接的輸出功放電路、可編程邏輯控制器、數(shù)據(jù)采集卡；
[0014]所述超聲振動系統(tǒng)中，工具電極裝于變幅桿底端，橫縱向激勵裝置裝于變幅桿振動節(jié)點處，并與超聲調(diào)節(jié)電路的一端連接；
[0015]所述超聲電源連接換能器，換能器亦與變幅桿連接，換能器轉(zhuǎn)換超聲電源產(chǎn)生的超聲交變信號，經(jīng)過變幅桿放大，使工具電極產(chǎn)生Z軸向超聲頻機械振動，并作用于工件;超聲波發(fā)生器與超聲調(diào)節(jié)電路的另一端連接，產(chǎn)生兩種超聲波電信號，經(jīng)過橫縱向激勵裝置轉(zhuǎn)換放大后，使工具電極在X軸向和Y軸向發(fā)生超聲頻機械振動，并作用于工件;所述C向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)設(shè)有工作液，工件置于C向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的加工區(qū)內(nèi)；
[0016]所述超聲同步系統(tǒng)中，振動測量片裝于變幅桿底端，Z軸向激光微位移傳感器與同步斬波器連接，并對振動測量片實時測量，將其轉(zhuǎn)換為所述工具電極振動的幅值、頻率、相位的電信號，輸送給所述同步斬波器；
[0017]所述電解加工供電系統(tǒng)中，限流電阻、脈沖電源、電磁閥開關(guān)、同步斬波器、電流傳感器串聯(lián)在一起，該電路兩端分別連接變幅桿與工件;所述電流傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡連接到控制計算機，用于實時記錄電解加工供電系統(tǒng)的電流情況，所述電磁閥開關(guān)處于常閉狀態(tài)，其還連接于可編程邏輯控制器；
[0018]所述多軸機床控制系統(tǒng)中，A向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置于C向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)，(:向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)裝于Z軸進給機構(gòu)正上方，Z軸進給機構(gòu)固定于X軸進給機構(gòu)內(nèi)，作升降運動，X軸進給機構(gòu)基于下方的Y軸進給機構(gòu)移動，Y軸進給機構(gòu)設(shè)置于該加工系統(tǒng)的底座上方；
[0019]所述可編程控制器與伺服驅(qū)動器組輸入端連接，與伺服驅(qū)動器組輸出端連接的是五個分別驅(qū)動Y軸進給機構(gòu)、X軸進給機構(gòu)、Z軸進給機構(gòu)、C向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、A向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)加工進給移動或轉(zhuǎn)動的伺服電機組，伺服驅(qū)動器組驅(qū)動伺服電機組進行機構(gòu)的軸向或者旋轉(zhuǎn)微細進給運動；
[0020]所述工作液循環(huán)系統(tǒng)中，溫度傳感器與電導(dǎo)率傳感器的探測頭置于C向進給機構(gòu)的工作液中，工作液配送裝置下端連接到其下方的工作液槽，另一端為兩個輸送管道，分別通向C向進給機構(gòu)的加工區(qū)與工作液底端，所述工作液配送裝置還與可編程控制器連接；
[0021]所述加工定位與間隙檢測系統(tǒng)中，X軸向激光微位移傳感器、Y軸向激光微位移傳感器、Z軸向激光微位移傳感器分別與數(shù)據(jù)采集卡連接，將工具電極的位置信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳輸給控制計算機;所述A向旋轉(zhuǎn)編碼器、C向旋轉(zhuǎn)編碼器、Z軸向位移傳感器、X軸向位移傳感器、Y軸向位移傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集卡連接到控制計算機；
[0022]所述在線參數(shù)觀測與控制系統(tǒng)中，輸出功放電路分別與超聲振動系統(tǒng)中超聲電源、超聲波發(fā)生器以及所述電解加工供電系統(tǒng)中的脈沖電源連接;所述數(shù)據(jù)采集卡連接有電壓傳感器，電壓傳感器分別連接加工區(qū)工件與工具電極，用于測量加工區(qū)的極間電壓;所述數(shù)據(jù)采集卡與電流傳感器、工作液配送裝置以及所述加工定位與間隙檢測系統(tǒng)連接，控制計算機讀取數(shù)據(jù)采集卡顯示工件加工的實時參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0023]所述A向旋轉(zhuǎn)編碼器、C向旋轉(zhuǎn)編碼器優(yōu)選雙路輸出的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器，分別安裝于A向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、C向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上。
[0024]所述Z軸向位移傳感器、X軸向位移傳感器、Y軸向位移傳感器優(yōu)選數(shù)字激光位移傳感器，分別設(shè)定于Z軸進給機構(gòu)、X軸進給機構(gòu)、Y軸進給機構(gòu)處。
[0025]所述超聲波發(fā)生器頻率可調(diào)，加工時，輸出頻率不低于所述超聲電源發(fā)出的頻率。
[0026]所述橫縱向激勵裝置包括4個振動輻射頭以及4個換能器，4個換能器分別與4個振動輻射頭對應(yīng)連接，4個振動輻射頭呈對稱分布，每2個對稱方向設(shè)置的換能器接收所述超聲調(diào)節(jié)電路發(fā)送的2個相差半波長的超聲頻電信號。
[0027]Y軸進給機構(gòu)、X軸進給機構(gòu)、Z軸進給機構(gòu)中設(shè)有滾珠絲杠。
[0028]本實用新型的有益效果如下:通過在變幅桿節(jié)點處增設(shè)橫縱向激勵裝置，使得工具電極同時具有X、Y、Z軸向的超聲頻振動，促進了電解加工的橫縱向加工，機床可加工出復(fù)雜三維曲面或異型孔槽;本實用新型的機床工作臺為多軸聯(lián)動控制進給機構(gòu)，通過伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機，實現(xiàn)工作臺多維空間的微細進給移動，保證了加工過程的穩(wěn)定;通過在機床進給機構(gòu)上增設(shè)編碼器與微位移傳感器，可實時監(jiān)測反饋加工工件的空間位置信息，有利于加工間隙的控制以及工件精確的的定位進