专利名称：复合同步超声频振动微细电解加工装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种复合同步超声频振动微细电解加工装置，属于复合微 细特种加工技术领域。
背景技术：
在微细特种加工技术领域，有许多加工装置，如微细电火花加工、微细电 解加工、微细超声加工、微细高能束流加工以及由两种或两种以上加工装置组 合而成的微细复合加工等，这些加工装置能解决普通切削加工难以实现的精 密、微细加工难题，在零部件微精加工中发挥了重要作用。然而，现有微细加 工装置在各具优点的同时，亦有一定的局限性。
微细超声加工特别适合于非金属硬脆材料微小孔、槽加工，具有效率高、 精度及表面质量好的工艺特点，但在材料硬度及韧性高、加工面积及深径比大 时，加工效率很低，且由于超声工具的相对磨损大，微细加工精度很难保证；
电化学加工是"分子"级单位去除加工，具有微精加工机理优势，存在微 细加工甚至是nm级加工的可行性，其中基于电化学阴极沉积原理的微细电铸 技术可制作形状复杂、精度很高的细小金属零件，但存在材料可铸性、废品率 高及效率低的技术局限性；基于电化学阳极溶解的微细电解加工由于大电流密 度时的杂散腐蚀作用，加工精度较难控制，而微电流电解由于钝化作用，加工 过程难以持续，采用高频窄脉冲微细电解可消除钝化，实现小间隙微精加工， 但微小间隙过程变化复杂，加工须要合理的阴极结构、电解液系统，且须要精 密微位移进给系统、高频窄脉冲电源及快速短路保护系统，设备投资成本很高。
中国实用新型专利"97250167.3"公开了一种非导电材料超声电解放电复 合加工装置，将超声波电源、电火花电源和电解电源组合在一起，形成一个复 合电源，将工件浸入电解液磨料中，将电解电源的阴极与工具电极相联，将电 解电源的阳极与电解磨料中的辅助阳极相联，电解电源与电火花电源相联接，
3电火花电源与超声波电源的调制电路相联接，将超声磨料的破碎加工与电解、 电火花放电加工复合，对非导电材料进行加工，设备简单、加工精度与效率有 所提高。但此装置放电、电解作用机理不适于对导电材料进行复合加工，而且 在复合加工过程中，辅助电极与工具间火花放电与电解作用很难联合控制及进
行有效能量匹配，超声频振动只是与电解/电火花作用简单组合；同时装置中 工件与电极间接触力用砝码、杠杆施加，无法进行精密微细连续调节，因此加 工精度很难精确控制。
中国实用新型专利"ZL200620068677.X"公开了一种可实现微器件的超声 电解复合微细加工装置，将超声波电源产生的超声频交变电信号利用调制电路 转换为电解直流电源的斩波信号，使电解直流电压成为与工具阴极超声频振动 保持相位有序同步的脉冲电压，在工具阴极超声振动与微加工器件接近区间加 电解脉冲，进行电解加工，超声振动分开区间关断电解脉冲，使微细加工过程 同电解产物排除及电解液更新过程交替进行，有利于改善微细加工精度。此专 利装置提取超声频交变电信号通过调制电路产生电解电源斩波信号，由于超声 发生器产生的交变电信号与超声换能器、变幅杆、微细阴极等构成的机械振动 系统有相位滞后误差，这种误差随加工系统条件变化而变化，很难保证加工中 脉冲加电是在小间隙区，有时可能因相位延时误差变大，在大间隙处加电电解， 这种超声频振动与加电相位之间的滞后误差客观存在，不能避免，也很难通过 调制电路进行快速、有效的实时相位调节，超声频振动与加电相位很难实现真 正同步，因此用这种微细加工装置，加工精度难以得到有效保证。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种复合同步超声频振动微细电解 加工装置，将微细电解与超声频振动同频、同步有机复合，实现低电压、小间 隙、微粉级磨粒或无磨料、微电流密度、高频脉冲电解与超声频振动同步复合 加工，实现微结构高速、高精、低成本微细加工。
为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为，提供一种复合同步超声 频振动微细电解加工装置，包括
(1)超声频振动单元，包括超声波发生器、压电式换能器及振动辐射头，超声波发生器产生连续可调超声频交变电信号，通过压电式换能器与振动辐射
头转换、放大后连接微细阴极，微细阴极加工端面产生同频超声频机械振动；
(2) 微细电解加工单元，包括微细阴极、电解液及电解电源，微细阴极 与工件间充满低浓度、钝化性电解液，电源正负极分别与工件及微细阴极连接；
(3) 激光微位移传感器单元，对微细阴极的超声频振动位置进行动态快 速测量，并将其转换为包含超声频振动频率、相位、幅值信息的电信号；
(4) 电解电源斩波单元，激光微位移传感器的电信号传送到斩波器产生 切断与开通电解电源的斩波信号，对电解回路进行开通与关断，使电解加电与 阴极超声频振动实现同频、同步；
(5) 微压力调节单元，利用精密微细砝码组合，通过连通器压力油保持 工件与微细阴极之间恒定的微接触压力；
(6) 电参数测量、显示、控制单元，包括电流传感器、数字存储示波器 及控制计算机，电流传感器将电解电流转换为电压信号，由数字存储示波器进 行显示、测量、存储，由串行口传送到控制计算机中，控制计算机自动调节、 控制超声发生器的激振电容，改变超声频交变电信号振荡频率，激励超声振动 系统达共振状态。
斩波电路包括电压比较器、光电耦合器、斩波管及电解电源，激光微位移 传感器电信号经过电阻调节接电压比较器，与其基准电压比较，比较结果决定 光电耦合器和斩波管开关状态，斩波管可对串接的电解电源进行斩波控制，实 现微细电解与超声频振动同步复合，电压比较器基准电压可由电阻调整，使电 解加电间隙在线连续可调。
该复合同步超声频振动微细电解加工装置，将微细电解与超声频振动同频、 同步有机结合，依靠超声频振动作用消除电解钝化，实现加工产物的排除与工作 液的循环更新，改善加工间隙过程状况，提高微细加工定域性能,在具有高加工 效率同时，可进一步提高微细加工精度、表面质量；加工中工件与阴极保持一 定微压力接触，并可进行微压力连续无级调节，无需电解加工必须的精密稳速 微进给系统，同时采用低浓度钝化性电解液，无需复杂的电解液循环系统，与 超声频振动同频、同步开通和关断加工电源，加电间隙可实时调节，可不用超声磨料辅助进行复合微细电解加工，阴极理论上无损耗，可进一步提高加工精
度，并大大降低设备及加工成本。
图1为复合同步超声频振动微细电解加工装置结构原理图2为斩波电路原理图中l压电式换能器、2压电陶瓷片、3振动辐射头、4微细阴极、5超 声振动测量基准片、6激光微位移传感器、7电解液槽、8工件、9工作台、10 工件活塞杆、ll轴套、12 x进给机构、13密封圈、14 x轴微位移驱动机构、 15y进给机构、16y轴微位移驱动机构、17装置底座、18精密砝码、19砝码 活塞杆、20连通器、21连通器导管、22空气隔离开关、23储油腔、24斩波器、 25斩波信号、26超声频振动、27电源、28电流传感器、29数字存储示波器、 30控制计算机、31超声波发生器、32超声频交变电信号、2a激光微位移传感 器电信号、2b电压比较器、2c光电耦合器、2d斩波管、2e斩波脉冲、2f电 解电源、2g续流二极管、2h加工区。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。 如图1所示，复合同步超声频振动微细电解加工装置，包括
(1) 超声频振动单元，包括超声波发生器31、压电式换能器1及振动辐 射头3，超声波发生器31产生频率范围为20KHz士4KHz连续可调超声频交变电 信号32，超声功率为10W 150W连续可调，通过压电式换能器1与振动辐射头 3放大转换后连接微细阴极4,微细阴极4端面产生同频超声频机械振动，压 电式换能器1用多片镀银导电层锆钛酸铅PZT压电陶瓷片2叠加组合而成，振 动辐射头3为钛合金辐射头，其端部通过螺纹联接微细阴极4，用凡士林或高 密度植物油脂耦合，以避免超声能量损失；
(2) 微细电解加工单元，包括微细阴极4、电解液槽7及电源27，工作台 9与工件8之间用薄膜电绝缘，在微细阴极4与工件8之间的加工间隙滴注1% 5%低浓度钝化电解液，亦可将微细阴极4与工件S置于电解液槽7中，电源27 负极接微细阴极4，正极接工件8。由于加工时的产物可由超声振动冲击波及"空化"效应及时带出加工间隙，因此采用"静态"滴注方式提供电解液即可。
工件8通过双面胶或专用夹具固定在工作台9上。工作台9可由x进给机构12、 y进给机构15驱动作x、 y轴微进给，x轴微位移驱动机构14及y轴微位移 驱动机构16采用压电式微位移机构，工作台9与进给机构固定在装置底座17 上；
(3) 激光微位移传感器6，对固接在微细阴极4的端面的超声振动测量基 准片5的超声频振动26进行动态快速测量，并将其转换为包含超声振动频率、 相位、幅值信息的电信号；
(4) 电解电源斩波单元，激光微位移传感器6的电信号提供给电源斩波器 24，斩波器24产生切断与开通电源27的斩波信号25。使电解加电电压成为与阴 极超声频振动26保持同频率且相位同步的脉冲电压，从而可使电源27成为与超 声波振动协调同步的超声频脉冲电源，即实现复合同步超声频振动微细电解加 工。采用"LK-G10"型CCD精密激光微位移传感器，具有50kHz的超高采样速度， 0.02%的高精确度，O.Olum的超高再现性，测量范围为10士1腿。
(5) 微压力调节单元，包括连通器20、连通器导管21、工件活塞杆IO、 密封圈13、轴套ll、精密砝码18、砝码活塞杆19、压力油空气隔离开关22、 储油腔23，加工时，根据加工面积及加工条件，确定精密砝码18微细组合， 打开压力油空气隔离开关22，上下移动砝码活塞杆19，在排除压力油中空气 后，关闭压力油空气隔离开关22，在精密砝码18、连通器20中的压力油作用 下，随着加工深度增加，工作台9在连通器20中的压力油作用下自动向上进 给，工件8与微细阴极4间保持一定的微压力，加工深度即为工作台9的上升 高度；
(6) 电参数测量显示控制单元，包括电流传感器28、数字存储示波器29 及控制计算机30，电流传感器28将电解电流转换为电压信号，由数字存储示 波器29进行显示、测量、存储，用数字存储示波器29两个通道，观测电解电 压与电流的同步性与变化情况，以便对微细电解加工过程进行实时分析、参数 优选。电信号由串行口传送到控制计算机30中存储，以便分析、运算处理。 控制计算机30自动调节或由手工调节超声波发生器31的激振电容，改变超声频交变电信号32的振荡频率，激励超声振动系统达共振，满足复合微细加工 超声频振动26的振幅要求。共振振幅可由精密激光微位移传感器通过控制计 算机30显示，也可用读数显微镜观测阴极端部振动影像测定。
如图2所示，斩波器24的斩波电路包括电压比较器2b、光电耦合器2c、 斩波管2d及电解电源2f。激光微位移传感器输出的电信号2a经过可调电阻 Rl接入电压比较器2b的同相输入端，电源Vcc经过电阻R2、 R3、 R4及R5接 入电压比较器2b的反相输入端，电压比较器2b的输出端与光电耦合器2c连 接，斩波管2d选用MOSFET场效应管，光电耦合器2c的发射极与斩波管2d的 栅极相连，并通过电阻R7接地，斩波管2d的源极通过电阻R9接地，其漏极 与电解电源2f正极相连。MOSFET场效应管容量大，适合低电压和较大电流、 15kHz 35kHz工作频率、ns级开关速度、损耗低、耐压特性好、可靠性高等 特点，尤其适合本工艺。
激光微位移传感器电信号2a与电压比较器2b的基准电压信号进行比较， 由比较结果，确定光电耦合器2c的开关状态，产生斩波脉冲2e，斩波脉冲2e 确定MOSFET斩波管2d的开关状态，由MOSFET斩波管2d的开关状态确定电解 电源2f的开、断，从而控制电解加工区2h的工作状态。续流二极管2g起电 压反向续流保护作用，而电压比较器2b的基准电压可以由可调电阻R3来调节， 实现加工间隙在线连续可调。
当微细阴极4沿z轴向下振动，在微细阴极4与工件8间隙小于设置的电 解加电间隙时，斩波电路给出斩波脉冲2e开通电解电源2f ，为脉冲加电区， 电解加电加工；当微细阴极4沿z轴向上振动，微细阴极4与工件8间隙大于 设置的电解加电间隙时，斩波电路给出的斩波脉冲2e为关断信号，电解电源 2f断电，为脉冲关断区，进行产物排除，更新电解液，均匀加工间隙各点状况， 并可阻止杂散腐蚀，有利于提高加工精度。
权利要求1. 一种复合同步超声频振动微细电解加工装置，包括超声频振动单元，包括超声波发生器、压电式换能器及振动辐射头，超声波发生器产生连续可调超声频交变电信号，通过压电式换能器与振动辐射头转换放大后连接微细阴极，微细阴极加工端面产生同频超声频机械振动；微细电解加工单元，包括微细阴极、电解液及电解电源，微细阴极与工件间充满低浓度、钝化性电解液，电源正负极分别与工件及微细阴极连接；其特征是，该复合同步超声频振动微细电解加工装置还包括激光微位移传感器单元，对微细阴极的超声频振动位置进行动态快速测量，并将其转换为包含超声频振动频率、相位、幅值信息的电信号；电解电源斩波单元，激光微位移传感器的电信号传送到斩波器产生切断与开通电解电源的斩波信号，对电解回路进行开通与关断，使电解加电与阴极超声频振动实现同频、同步；微压力调节单元，利用精密微细砝码组合，通过连通器压力油保持工件与微细阴极之间恒定的微接触压力；电参数测量、显示、控制单元，包括电流传感器、数字存储示波器及控制计算机，电流传感器将电解电流转换为电压信号，由数字存储示波器进行显示、测量、存储，由串行口传送到控制计算机中，控制计算机自动调节、控制超声发生器的激振电容，改变超声频交变电信号振荡频率，激励超声振动系统达共振状态。
2.根据权利要求1所述的复合同步超声频振动微细电解加工装置， 其特征是，所述斩波器的斩波电路包括电压比较器、光电耦合器、斩波管 及电解电源，激光微位移传感器电信号经过电阻调节接电压比较器，与其 基准电压比较，比较结果决定光电耦合器和斩波管开关状态，斩波管可对 串接的电解电源进行斩波控制，实现微细电解与超声频振动同步复合，电 压比较器基准电压可由电阻调整，使电解加电间隙在线连续可调。
专利摘要本实用新型公开了一种复合同步超声频振动微细电解加工装置，通过微压力调节装置保持工件与微细阴极之间微压力接触，通过激光微位移传感器对微细阴极的超声频振动位置进行动态快速测量，并将其转换为包含超声振动频率、相位、幅值的电信号，传送到斩波电路处理、转换，产生通断电解电源的斩波信号，实现电解加电与阴极超声频振动的精确同频、同步，通过电流传感器将电解电流转换为电压信号，由数字存储示波器进行显示、测量、存储，再传送到控制计算机进行超声参数和电参数的自动调节。该装置将微细电解与超声频振动同频、同步有机结合，依靠超声频振动作用消除电解钝化，提高了加工精度与表面质量，降低成本，可实现任意型面微结构的微细加工。
文档编号B23H7/14GK201235433SQ20082003892
公开日2009年5月13日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者云乃彰, 朱永伟, 李红英, 汪建春, 王占和, 范仲俊 申请人:扬州大学