[发明专利]一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置及方法

说明书

本发明公开一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置及方法，该装置包括安装座、电加工机构以及超声波辅助机构；所述超声波辅助机构包括设置在所述安装座上的安装架、固定在所述安装架下端的聚焦超声振子以及往复驱动机构；所述电加工机构包括加工液槽、设置在加工液槽中的夹具以及电极；所述电极与所述聚焦超声振子同轴设置，该电极穿过所述聚焦超声振子并竖直向下延伸；所述安装座与所述电极之间设有夹持杆。该装置结构简单，能够在小功率下实现对加工区域的强声压作用，该装置中的聚焦超声焦点可以随时沿着轴向发生改变，使得加工区电介质各处声压能够更加紊乱的变化，从而进一步加快电介质的更新，提高产物的排出效率以及加工效率。

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，具体涉及一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置及方法。

背景技术

在金属加工中，通常包括传统机械加工、电解加工与电火花加工等加工方式。上述方式中，通过超声波辅助装置，能够提高加工质量与加工效率，这主要是因为超声振动能够在加工介质(液体)中产生声流现象，且产生的空化泡能够对加工工件进行冲击，提高产物排出效果，增强传值过程。在电火花加工中，超声波辅助能够改善排屑不畅以及易拉弧等问题。在电解加工中，同样能够促进产物与气泡的排出，并且空化泡的冲击能够有效减弱极化现象并去除钝化膜。因此，超声波辅助电加工方法被认为是非常有效的加工方法。

现有的超声波辅助加工方法主要分为两类，其中一类是将电极与超声振子设计于一体，加工过程中电极(阳极或阴极)作为超声的发射源，对加工间隙进行直接作用；这一类又可以分为工具振动(如图1所示)和工件振动(如图2所示)两种方式，其中，工具振动往往需要设计结构复杂的金属超声换能器系统(振子)，且受于共振频率的限制，振子的长度无法随意设置，同时对机床的刚性提出了更高的要求。并且，在工具的尺寸较小的微细加工中，这种将超声波辅助装置与工具相结合的方式非常容易使工具产生径向抖动，导致短路，使加工精度降低。

另一类是将超声振子置于电介质中，超声振子作为超声的发射源，电介质同样充当超声传播的介质，在超声的作用下电介质产生声流现象从而加快电介质流动，对加工间隙进行间接作用(如图3所示)；在这一类中，Matthias Hackert-在微型电火花加工工艺中将超声振子放置在加工区附近的电介质中并与工具电极成一定角度，施加高强度超声作用于导电介质辅助电火花打孔，将加工速度提高了40％；但是，上述加工方式需要较大的驱动功率，由于超声波辅助装置与电极存在一定角度，使超声波向加工间隙传播的效率降低，导致超声波的辅助作用得不到很好的体现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置，该装置结构简单，能够在小功率下实现对加工区域的强声压作用，同时实现较强的声流以及达到加工区定域空化的目的，从而提高电解加工与电火花加工的精度和效率；另外，该装置中的聚焦超声焦点可以随时沿着轴向发生改变，使得加工区电介质各处声压能够更加紊乱的变化，从而进一步加快电介质的更新，提高产物的排出效率以及加工效率。

本发明的另一个目的在于提供一种高度定域聚焦超声波辅助电加工方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置，包括设置在机床主轴上的安装座、设置在所述安装座上的用于对工件进行电加工的电加工机构以及用于辅助电加工的超声波辅助机构；所述机床主轴与安装座保持相对静止的位置关系，其中；

所述超声波辅助机构包括设置在所述安装座上的安装架、固定在所述安装架下端的聚焦超声振子以及用于驱动所述安装架在安装座上在竖直方向做往复运动的往复驱动机构；

所述电加工机构包括设置在机床加工平台上用于存放加工介质的加工液槽、设置在加工液槽中用于夹紧工件的夹具以及用于加工工件的电极；其中，所述电极与所述聚焦超声振子同轴设置，该电极穿过所述聚焦超声振子并竖直向下延伸；所述安装座与所述电极之间设有夹持杆，该夹持杆的一端与所述安装座固定连接，另一端与所述电极的上端固定连接。