[实用新型]复合同步超声频振动微细电解加工装置

说明书

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，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；