[发明专利]一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置及其控制方法

权利要求书

1.一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置，其特征在于，包括电极丝送丝装置，双激励超声振动换能器，导向器，电极，电气控制装置；

双激励超声振动换能器设置在电极丝送丝装置下方，导向器安装在双激励超声振动换能器下方，电极依次穿过电极丝送丝装置、双激励超声振动换能器，导向器；

双激励超声振动换能器包括固定架、连接板、两个纵振超声振动换能器；两个纵振超声振动换能器均包括预紧螺栓、后盖板、压电陶瓷片、变幅杆；预紧螺栓依次穿过后盖板、压电陶瓷片和变幅杆，并通过预紧螺栓同轴压紧，连接板固定在两个纵振超声振动换能器前端，固定架与两个纵振超声振动换能器的法兰盘连接固定；

对于任意的加工深度H(t)，当两个纵振超声振动换能器的振幅Ax(t)和振幅Ay(t)满足下列条件时：

对于双激励超声振动换能器所形成的轨迹Ⅱ，其轨迹方程可以表示为：

从而可保证加工深度H(t)处的微孔截面在xoy平面的投影方程为：

式中，H为微孔深度，Dx1为微孔入口长半轴长度，Dy1为微孔入口短半轴长度，Dx2为微孔出口长半轴长度，Dy2为微孔出口短半轴长度，h为加工间隙，d为电极直径，H1为连接板距离导向器的高度，H2为导向器距离工件的高度，为振幅为Ax(t)的纵振超声振动换能器工作时的初始相位角，为振幅为Ay(t)的纵振超声振动换能器工作时的初始相位角，x(t)为微孔截面长半轴长度，y(t)为微孔截面短半轴长度；

通过改变两个纵振超声振动换能器的振幅Ax(t)和振幅Ay(t)以及二者之间的相位差，可使双激励超声振动换能器所形成的轨迹Ⅱ呈现不同的运动轨迹，从而在任意的加工深度H(t)处使电极端部呈现不同的运动轨迹，且电极端部轨迹Ⅰ与微孔截面相似，从而实现不同形状、不同尺寸的倒锥微孔加工。

2.根据权利要求1所述一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置，其特征在于，运动平台是滚珠丝杠驱动形式或直线电机驱动形式的工作移动平台。

3.根据权利要求1所述一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置，两个纵振超声振动换能器的中心轴线夹角α为20°-180°。

4.根据权利要求1所述一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置，连接板上设置有通孔，连接板通孔直径与电极的配合间隙为0μm-10μm。

5.根据权利要求1所述一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置，导向器设置有通孔，导向器通孔与电极的配合间隙为0μm-10μm。

6.根据权利要求1所述一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置，两个纵振超声振动换能器的工作频率均为15kHz-5MHz。

7.根据权利要求1所述一种超声振动辅助电火花倒锥微孔加工装置，其特征在于，控制方法包括以下步骤：

步骤一、电极丝送丝装置驱动电极向下进给依次穿过连接板通孔和导向器通孔，并确保电极从导向器通孔伸出距离小于H2，将该位置设置为加工原点；

步骤二、确定待倒锥微孔加工尺寸，包括微孔深度H，微孔入口长半轴长度Dx1，微孔入口短半轴长度Dy1，微孔出口长半轴长度Dx2，微孔出口短半轴长度Dy2；

步骤三、调整双激励超声振动换能器位置，使连接板通孔距离导向器的高度为H1，调整导向器距离工件的高度为H2，设置总加工深度值HL并使其大于微孔深度H；

步骤四、电极丝送丝装置驱动电极向下进给进行倒锥微孔加工，加工过程中实时监测微孔加工深度H(t)，并反馈给电气控制装置，对两个纵振超声振动换能器的振幅Ax(t)和振幅Ay(t)按照式(4)所示方程进行实时调节，可使加工深度H(t)处的微孔截面长半轴长度为x(t)，微孔截面短半轴长度为y(t)；

步骤五、当加工深度H(t)达到总加工深度时，倒锥微孔加工结束，倒锥微孔入口长半轴长度Dx1，微孔入口短半轴长度Dy1，微孔出口长半轴长度Dx2，微孔出口短半轴长度Dy2；

步骤六、双激励超声振动换能器停止工作，电极丝送丝装置驱动电极回到加工原点，等待下一次微孔加工。