一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置。包括立式滑块、微细超声主轴、微细超声主轴电源发生器及控制面板、电泳辅助电源、微细超声平台电源发生器及控制面板、微三维运动平台、微细超声工作平台、钻头、电泳辅助电极。本发明专利技术在超声振动辅助微钻削加工过程中加入具有超微磨粒的溶液，通过电泳圆形辅助电极，在微钻头上加上辅助电压，使两者之间产生辅助电场，驱动微细磨粒运动或吸附到微钻头上，通过调节电压的大小，间接调节磨粒在钻头上的结合力，使磨粒对工件起到磨削作用，同时固结的磨粒还对钻头起保护作用，减少刀具磨损，且磨粒在超声振动的驱动下对工件进行冲击，提高材料去除效率,提高钻削加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置
本专利技术是一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置，特别是一种涉及金属或非金属难加工材料的微钻削加工装置，属于微细结构复合加工

技术介绍
随着工业生产的发展，因微小零件的性能的优越性，现代工业产品不断向轻、薄、短、小方向发展，其组成零件也越来越趋于小型化和精密化，微结构在设备中的应用日趋广泛，同样的出现了越来越多带有微小孔的零件。据统计，孔的加工约占机械加工总量的1/3，占机械加工总时间的1/4。在孔加工中尤其以微小孔的加工最为困难，而各种微孔在具有高强度、耐高温、耐腐蚀的难加工材料中的应用却越来越广泛，但这些材料的切削加工性却很差，如钛合金、硬质合金、碳纤维复合材料、镍基高温合金、内燃机燃料喷嘴、化纤细丝喷嘴等。微小孔的长径比普遍较大，导致它们的钻削更困难，主要是因为钻削力大、钻削温度高、钻头磨损严重、钻头使用寿命短等原因。而在微小孔加工中，对钻头的要求极高，不仅要有较好的刚度和强度，同时对使用寿命也有较高要求，国内外学者虽有研制高性能、长寿命的涂层钻头，但成本高，对钻床的精度要求高，一旦发生断裂还可能会导致工件报废。这也是国内很多企业在难加工材料钻孔中不轻易使用硬质合金等钻头的原因。在难加工材料的微孔钻削加工中超声振动辅助钻削(UVAD)，又称超声振动钻削，是微小孔加工的有效方法，被工业界广泛使用，该方法是建立在振动理论和切削理论等基础上的新颖的钻削加工方法，属于振动切削的一个分支。超声振动钻削改变了传统钻削的切削机理，在小孔和深孔加工方面，具有不可替代的优势。大量的理论和试验表明超声振动钻削的断屑排屑效果、加工质量、刀具寿命等都有较大的改善和提高。机械钻削无法加工比刀具还硬的材料，且容屑空间小，特别是加工深孔时，切屑难于排出，从而导致钻头的损坏，为了获得一定的切削速度，需要采用很高的转速，一般要求在10000~150000r/min左右，并且要求主轴的回转误差很小(<1μm)，这样的设备成本昂贵，且普通机械钻削无法避免产生毛刺。电火花加工微孔由于放电间隙以及电极的损耗，孔的圆度和孔径精度都较差，且排屑困难；激光打孔的几何精度和形位精度都不高，且成本较高。普通钻削钻头易在工件上打滑、烧损；而在超声振动钻削加工中，缺点是加工温度高，工具磨损严重，复杂工况下加工不稳定，加工效率较慢。微孔加工中，由于受微孔尺寸的限制，很难用铰、珩、研等精整工艺来提高加工质量，一般都是一次钻成，这就给钻孔技术提出了极高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置。本专利技术采用电泳辅助超声机械复合微钻削对微小孔进行加工，利用超微磨粒的电泳特性，辅助超声振动微钻削，提高加工效率，提高磨料的利用率及提高微孔内表面的加工质量。本专利技术的技术方案是：本专利技术的电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置，包括有立式滑块、微细超声主轴、微细超声主轴电源发生器及控制面板、电泳辅助电源、微细超声平台电源发生器及控制面板、运动控制系统、微三维运动平台、微细超声工作平台、钻头、超微磨粒、电泳辅助电极、工作液槽，钻头通过夹具安装在可旋转的微细超声主轴上，微细超声主轴通过夹具使钻头与微细超声主轴紧密相连，微细超声主轴安装在立式滑台上，立式滑台能够驱动微细超声主轴上下运动以便于加工时进行粗对刀，微细超声工作平台安装在工作液槽中，工件装设在微细超声工作平台上，且浸没于工作液槽的磨料工作液中，钻头的加工部分也同样浸没于工作液槽的磨料工作液中，工作液槽安装于微三维运动平台上，运动控制系统控制微三维运动平台在X、Y、Z轴三个方向运动，且微细超声平台电源发生器及控制面板与微细超声工作平台连接，微细超声主轴与微细超声主轴电源发生器及控制面板连接，电泳辅助电源的阳极与钻头连接，电泳辅助电源的阴极与电泳辅助电极连接，电泳辅助电极通过电泳辅助夹具固定在工作液槽上，在钻头与电泳辅助电极之间形成辅助电场，使工作液中的超微磨粒在电场力的作用下吸附到钻头附近或直接附着在钻头的刀刃上。目前对微小孔的加工主要采用的是机械钻削加工、电火花加工、电解加工、超声加工、电子束/离子束加工、激光加工及复合加工等加工方法。其中超声振动辅助钻削技术，是近代出现的一种先进加工技术，钻孔过程中通过超声振动装置使钻头与工件之间产生可控制的相对运动。这种运动能从根本上改变钻头的切削机理，使钻头的振动发生质的变化，由非周期性的自由振动变成在周期性激励下的有规律的强迫振动，抑制了钻头的无规律振动，改善切削力。超声振动钻削加工及电泳辅助超声机械复合微钻削加工两者都是复合加工工艺，超声振动钻削加工是使钻头相对于被加工表面运动，而电泳辅助超声机械复合微钻削加工，是利用超声振动的钻头在溶液中与辅助圆形电极形成辅助电场，根据微细磨粒的电泳特性，使磨粒吸附到钻头上，通过调节电压间接调节磨粒在钻头上的结合力，利用高频振动的超声振子和具有结合力的超微磨料，不仅具有传统超声振动钻削加工的相关机理，由于附着在刀刃处的磨粒对工件还起到磨削作用，对被加工零件表面进行微位移往复运动，改善了钻削性能，提高钻削加工效率及实现难加工材料的微孔加工。本专利技术与现有的技术相比，具有如下优点：1）本专利技术超声振动的钻头或者工件，由于超声振动的原因，在很小的位移上产生很大的加速度，在局部产生很大的能量，同时对工件作冲击作用，辅助微钻削加工，改善去除材料的效果。2）本专利技术微钻头与电泳辅助电极之间施加可调直流电压，形成辅助电场，对超微磨粒产生电场力的牵引作用，能够是超微磨粒运动并吸附到钻头或工件附近，由于超声振动效果，使磨粒冲击工件，提高加工效率，加工质量及表面粗糙度。3）本专利技术通过调节电压的大小，使磨粒在附着在钻头刀刃上，由于电泳效应，磨粒与钻头间存在结合力，加工时还可以对工件起到磨削作用。4）本专利技术在加工时进行电泳辅助驱动磨料运动至钻头附近或附着在钻头刀刃处，对工件有磨削作用，改善切削特性，弥补现有技术的不足，实现硬脆性材料平面微结构以及三维微结构的加工；5）本专利技术在加工溶液中添加超微磨粒，超声振动驱动下冲击工件，提高加工效率；6）本专利技术能够对非金属难加工材料平面微结构及复杂三维结构进行钻削加工；本专利技术是一种可以利用电泳与超声振动辅助微钻削，对被加工工件进行平面复杂微钻削加工，改善切削性能，减少切削力，降低加工表面的粗糙度，减少残余应力，提高钻削加工的效率及实现对难加工材料微孔的加工的电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置。附图说明图1为本专利技术利用超声主轴振动加工时的结构示意图；图2为图1中A处的局部放大图；图3为本专利技术利用超声工作平台的振动加工时的结构示意图；图4为图3中B处的局部放大图。具体实施方式实施例：本专利技术的结构示意图如图1、2、3、4所示，本专利技术电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置，包括有立式滑块1、微细超声主轴2、微细超声主轴电源发生器及控制面板3、电泳辅助电源4、微细超声平台电源发生器及控制面板5、运动控制系统6、微三维运动平台7、微细超声工作平台8、钻头10、超微磨粒12、电泳辅助电极13、工作液槽14，钻头10通过夹具安装在可旋转的微细超声主轴2上，微细超声主轴2通过专用夹具使钻头10与微细超声主轴2紧密相连，微细超声主轴2安装在立式滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置，其特征在于包括有立式滑块（1）、微细超声主轴（2）、微细超声主轴电源发生器及控制面板（3）、电泳辅助电源（4）、微细超声平台电源发生器及控制面板（5）、运动控制系统（6）、微三维运动平台（7）、微细超声工作平台（8）、钻头（10）、超微磨粒（12）、电泳辅助电极（13）、工作液槽（14）， 钻头（10）通过夹具安装在可旋转的微细超声主轴（2）上，微细超声主轴（2）通过夹具使钻头（10）与微细超声主轴（2）紧密相连，微细超声主轴（2）安装在立式滑台（1）上，立式滑台（1）能够驱动微细超声主轴（2）上下运动以便于加工时进行粗对刀，微细超声工作平台（8）安装在工作液槽（14）中，工件（9）装设在微细超声工作平台（8）上，且浸没于工作液槽（14）的磨料工作液中，钻头（10）的加工部分也同样浸没于工作液槽（14）的磨料工作液中，工作液槽（14）安装于微三维运动平台（7）上，运动控制系统（6）控制微三维运动平台（7）在X、Y、Z轴三个方向运动，且微细超声平台电源发生器及控制面板（5）与微细超声工作平台（8）连接，微细超声主轴（2）与微细超声主轴电源发生器及控制面板（3）连接，电泳辅助电源（4）的阳极与钻头（10）连接，电泳辅助电源（4）的阴极与电泳辅助电极（13）连接，电泳辅助电极（13）通过电泳辅助夹具（11）固定在工作液槽（14）上，在钻头（10）与电泳辅助电极（13）之间形成辅助电场，使工作液中的超微磨粒（12）在电场力的作用下吸附到钻头（10）附近或直接附着在钻头（10）的刀刃上。...

【技术特征摘要】
1.一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置，其特征在于包括有立式滑台（1）、微细超声主轴（2）、微细超声主轴电源发生器及控制面板（3）、电泳辅助电源（4）、微细超声平台电源发生器及控制面板（5）、运动控制系统（6）、微三维运动平台（7）、微细超声工作平台（8）、钻头（10）、超微磨粒（12）、电泳辅助电极（13）、工作液槽（14），钻头（10）通过夹具安装在可旋转的微细超声主轴（2）上，微细超声主轴（2）通过夹具使钻头（10）与微细超声主轴（2）紧密相连，微细超声主轴（2）安装在立式滑台（1）上，立式滑台（1）能够驱动微细超声主轴（2）上下运动以便于加工时进行粗对刀，微细超声工作平台（8）安装在工作液槽（14）中，工件（9）装设在微细超声工作平台（8）上，且浸没于工作液槽（14）的磨料工作液中，钻头（10）的加工部分也同样浸没于工作液槽（14）的磨料工作液中，工作液槽（14）安装于微三维运动平台（7）上，运动控制系统（6）控制微三维运动平台（7）在X、Y、Z轴三个方向运动，且微细超声平台电源发生器及控制面板（5）与微细超声工作平台（8）连接，微细超声主轴（2）与微细超声主轴电源发生器及控制面板（3）连接，电泳辅助电源（4）的阳极与钻头（10）连接，电泳辅助电源（4）的阴极与电泳辅助电极（13）连接，电泳辅助电极（13）通过电泳辅助夹具（11）固定在工作液槽（14）上，在钻头（10）与电泳辅助电极（13）之间形成辅助电场，使工作液...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，何俊峰，连海山，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44