多轴联动超声调制微细电解加工系统技术方案

多轴联动超声调制微细电解加工系统，包括超声振动系统、超声同步系统、电解加工供电系统、多轴机床控制系统、工作液循环系统、加工定位与间隙检测系统、在线参数观测与控制系统。通过在变幅杆节点处增设横纵向激励装置，机床可加工出复杂三维曲面或异型孔槽；机床工作台为多轴联动控制进给机构，实现工作台多维空间的微细进给移动，保证了加工过程的稳定；通过在机床进给机构上增设编码器与微位移传感器，有利于加工间隙的控制以及工件精确的定位进给移动；加工过程参数变化可实时在线观测，通过控制工作液配送装置完成所需工作液的配置与输送，通过控制电磁阀开关与多轴机床控制系统，实现加工区碰撞或短路时对工件与工具电极的保护。

【技术实现步骤摘要】
多轴联动超声调制微细电解加工系统
本专利技术涉及一种多轴联动超声调制微细电解加工系统，属于复合精密、微细特种加工

技术介绍
随着工业的飞速发展，要求产品在有限空间内具有多种功能，因而对难加工材料、小型化、微型化的超精加工要求越来越高。精密微细与复杂曲面加工技术结合交叉了多学科的内容，是一个融前沿高技术和工程应用于一体的科学技术体系，成为现代制造科学的研究热点，也是各类工艺竞相发展的重要手段。复合精密、微细特种加工
，出现了微细超声加工与微细电火花加工、微细电解加工等微细复合加工方法，这些加工方法解决了普通切削难以实现的微细加工难题，在零部件的微细加工中发挥了重要作用，然而，此种加工方法亦有其局限性。中国专利技术专利申请“CN200610037902.8”公开了一种超声电解复合微细加工方法及装置，该专利技术的微压力调节与Z向自动进给测量装置通过增加砝码使工作台在液压力作用下自动向上进给，随着加工深度的增加，工具电极与微加工器件很难继续保持恒定的微压力，而且增加砝码的手工方式增加了人力，不利于微细加工的自动化发展；加工中，必须在电解液中混入粒度较大的超声磨粒，进行超声加工同时阻止阴极的直接接触造成的电解短路，但是超声磨粒在消除钝化、去除材料的同时，也会对工具电极产生磨损，减少了工具电极的使用寿命，较难达到微精加工的精度要求。中国专利技术授权专利“CN102513622B”公开了一种难加工材料的微精加工方法，在加工中工件与电极保持一定恒压力接触，利用磁性调节机构，进行微压力连续无极调节，此加工方法没有精密稳速的工作台进给系统，所以只能进行轴向加工，可加工零件有限，不能进行工件的三维加工，更不能用于加工复杂曲面或者异形孔槽，同时，当加工中出现短路情况时，因没有保护应急措施，工件与工具电极将直接烧毁，不利于工件的可持续加工。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供了一种多轴联动超声调制微细电解加工系统，不仅能够实现对难加工材料(如电子陶瓷、高温合金、硬质合金等)的加工，而且可以加工复杂曲面或者异形孔槽，加工过程中，加工速度、加工间隙等参数可实时检测调节，有效减少工具电极损耗以及加工区的碰撞短路，提高工件的加工质量和加工效率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：多轴联动超声调制微细电解加工系统，其特征是，包括超声振动系统、超声同步系统、电解加工供电系统、多轴机床控制系统、工作液循环系统、加工定位与间隙检测系统、在线参数观测与控制系统；所述超声振动系统包括超声电源、超声波发生器、超声调节电路、横纵向激励装置、换能器、变幅杆、工具电极；所述超声同步系统中设有振动测量片；所述电解加工供电系统包括限流电阻、脉冲电源、电磁阀开关、同步斩波器、电流传感器；所述多轴机床控制系统包括伺服驱动器组、伺服电机组、Y轴进给机构、X轴进给机构、Z轴进给机构、C向旋转机构、A向旋转机构(C向旋转机构的旋转中心轴平行于Z轴，A向旋转机构的旋转中心轴平行于X轴)；所述工作液循环系统包括工作液槽、工作液配送装置、温度传感器、电导率传感器；所述加工定位与间隙检测系统包括X轴向激光微位移传感器、Y轴向激光微位移传感器、Z轴向激光微位移传感器、A向旋转编码器、C向旋转编码器、Z轴向位移传感器、X轴向位移传感器、Y轴向位移传感器；所述在线参数观测与控制系统包括控制计算机以及与控制计算机连接的输出功放电路、可编程逻辑控制器、数据采集卡；所述超声振动系统中，工具电极装于变幅杆底端，横纵向激励装置装于变幅杆振动节点处，并与超声调节电路的一端连接；所述超声电源连接换能器，换能器亦与变幅杆连接，换能器转换超声电源产生的超声交变信号，经过变幅杆放大，使工具电极产生Z轴向超声频机械振动，并作用于工件；超声波发生器与超声调节电路的另一端连接，产生两种超声波电信号，经过横纵向激励装置转换放大后，使工具电极在X轴向和Y轴向发生超声频机械振动，并作用于工件；所述C向旋转机构内设有工作液，工件置于C向旋转机构的加工区内；所述超声同步系统中，振动测量片装于变幅杆底端，Z轴向激光微位移传感器与同步斩波器连接，并对振动测量片实时测量，将其转换为所述工具电极振动的幅值、频率、相位的电信号，输送给所述同步斩波器；所述电解加工供电系统中，限流电阻、脉冲电源、电磁阀开关、同步斩波器、电流传感器串联在一起，该电路两端分别连接变幅杆与工件，所述同步斩波器接收所述Z轴向激光微位移传感器传送的电信号，产生关闭与开通的斩波信号，控制电解加工供电系统的通与断，使电解加工供电与所述工具电极的超声频振动实现同频、同步；所述限流电阻可调节电解加工供电系统在加工区的单个脉冲放电能量；所述电流传感器通过数据采集卡连接到控制计算机，用于实时记录电解加工供电系统的电流情况；所述电磁阀开关处于常闭状态，其还连接于可编程逻辑控制器，当所述电流传感器检测到加工区发生碰撞短路产生的大电流时，电磁阀开关立刻切换到断开状态，停止加工区的继续供电，同时多轴机床控制系统控制工作台后退，并保持工具电极与工件之间的间隙达到最佳放电间隙；所述多轴机床控制系统中，A向旋转机构设置于C向旋转机构内，C向旋转机构装于Z轴进给机构正上方，Z轴进给机构固定于X轴进给机构内，作升降运动，X轴进给机构基于下方的Y轴进给机构移动，Y轴进给机构设置于该加工系统的底座上方；所述可编程逻辑控制器与伺服驱动器组输入端连接，接收并执行运行指令，与伺服驱动器组输出端连接的是五个分别驱动Y轴进给机构、X轴进给机构、Z轴进给机构、C向旋转机构、A向旋转机构加工进给移动或转动的伺服电机组，其中，X、Y、Z轴进给机构中都设有滚珠丝杠，伺服驱动器组驱动伺服电机组进行机构的轴向或者旋转微细进给运动；所述工作液循环系统中，温度传感器与电导率传感器的探测头置于C向进给机构的工作液中，工作液配送装置下端连接到其下方的工作液槽，另一端为两个输送管道，分别通向C向进给机构的加工区与工作液底端；所述工作液配送装置还与可编程逻辑控制器连接，在可编程逻辑控制器的控制下，根据需要调节工作液成分比例，以及增加或者减少工作液输送流量或流速；所述加工定位与间隙检测系统中，X轴向激光微位移传感器、Y轴向激光微位移传感器、Z轴向激光微位移传感器用于检测工具电极分别在X轴向、Y轴向和Z轴向的振幅、频率、相位的大小情况，并分别与数据采集卡连接，将位置信号经数据采集卡传输给控制计算机；所述A向旋转编码器、C向旋转编码器、Z轴向位移传感器、X轴向位移传感器、Y轴向位移传感器用于工件空间位置的实时检测与定位，并分别通过数据采集卡连接到控制计算机，经过控制计算机整合运算可获得工件与工具电极之间加工间隙的实时变化情况；所述在线参数观测与控制系统中，输出功放电路分别与超声振动系统中超声电源、超声波发生器以及所述电解加工供电系统中的脉冲电源连接；所述数据采集卡连接有电压传感器，电压传感器分别连接加工区工件与工具电极，用于测量加工区的极间电压，利于所述多轴机床控制系统进给速度的调整与所述加工定位与间隙检测系统加工间隙的保持；所述数据采集卡与电流传感器、工作液配送装置以及所述加工定位与间隙检测系统，控制计算机读取数据采集卡可显示工件加工的实时参数数据，有利于对加工动态的实时掌握。所述A向旋转编码本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多轴联动超声调制微细电解加工系统，其特征是，包括超声振动系统、超声同步系统、电解加工供电系统、多轴机床控制系统、工作液循环系统、加工定位与间隙检测系统、在线参数观测与控制系统；所述超声振动系统包括超声电源（10）、超声波发生器（9）、超声调节电路（11）、横纵向激励装置（26）、换能器（28）、变幅杆（27）、工具电极（21）；所述超声同步系统中设有振动测量片（22）；所述电解加工供电系统包括限流电阻（12）、脉冲电源（3）、电磁阀开关（4）、同步斩波器（8）、电流传感器（13）；所述多轴机床控制系统包括伺服驱动器组（6）、伺服电机组（7）、Y轴进给机构（15）、X轴进给机构（16）、Z轴进给机构（17）、C向旋转机构（18）、A向旋转机构（19）；所述工作液循环系统包括工作液槽（35）、工作液配送装置（36）、温度传感器（37）、电导率传感器（38）；所述加工定位与间隙检测系统包括X轴向激光微位移传感器（23）、Y轴向激光微位移传感器（24）、Z轴向激光微位移传感器（25）、A向旋转编码器（29）、C向旋转编码器（30）、Z轴向位移传感器（31）、X轴向位移传感器（32）、Y轴向位移传感器（33）；所述在线参数观测与控制系统包括控制计算机（1）以及与控制计算机（1）连接的输出功放电路（2）、可编程逻辑控制器（5）、数据采集卡（34）；所述超声振动系统中，工具电极（21）装于变幅杆（27）底端，横纵向激励装置（26）装于变幅杆（27）振动节点处，并与超声调节电路（11）的一端连接；所述超声电源（10）连接换能器（28），换能器亦与变幅杆（27）连接，换能器转换超声电源（10）产生的超声交变信号，经过变幅杆（27）放大，使工具电极（21）产生Z轴向超声频机械振动，并作用于工件（20）；超声波发生器（9）与超声调节电路（11）的另一端连接，产生两种超声波电信号，经过横纵向激励装置（26）转换放大后，使工具电极（21）在X轴向和Y轴向发生超声频机械振动，并作用于工件（20）；所述C向旋转机构（18）内设有工作液，工件置于C向旋转机构（18）的加工区内；所述超声同步系统中，振动测量片（22）装于变幅杆（27）底端，Z轴向激光微位移传感器（25）与同步斩波器连接，并对振动测量片实时测量，将其转换为所述工具电极（21）振动的幅值、频率、相位的电信号，输送给所述同步斩波器（8）；所述电解加工供电系统中，限流电阻（12）、脉冲电源（3）、电磁阀开关（4）、同步斩波器（8）、电流传感器（13）串联在一起，该电路两端分别连接变幅杆（27）与工件（20）；所述同步斩波器（8）接收所述Z轴向激光微位移传感器（25）传送的电信号，产生关闭与开通的斩波信号，控制电解加工供电系统的通与断，使电解加工供电与所述工具电极（21）的超声频振动实现同频、同步；所述限流电阻（12）可调节电解加工供电系统在加工区的单个脉冲放电能量，所述电流传感器（13）通过数据采集卡（34）连接到控制计算机（1），用于实时记录电解加工供电系统的电流情况；所述电磁阀开关（4）处于常闭状态，其还连接于可编程逻辑控制器（5），当所述电流传感器（13）检测到加工区发生碰撞短路产生的大电流时，电磁阀开关（4）立刻切换到断开状态，停止加工区的继续供电，同时多轴机床控制系统控制工作台后退，并保持工具电极（21）与工件（20）之间的间隙达到最佳放电间隙；所述多轴机床控制系统中，A向旋转机构（19）设置于C向旋转机构（18）内，C向旋转机构（18）装于Z轴进给机构（17）正上方，Z轴进给机构（17）固定于X轴进给机构（16）内，作升降运动，X轴进给机构（16）基于下方的Y轴进给机构（15）移动，Y轴进给机构（15）设置于该加工系统的底座（14）上方；所述可编程控制器（5）与伺服驱动器组（6）输入端连接，接收并执行运行指令，与伺服驱动器组（6）输出端连接的是五个分别驱动Y轴进给机构（15）、X轴进给机构（16）、Z轴进给机构（17）、C向旋转机构（18）、A向旋转机构（19）加工进给移动或转动的伺服电机组（7），伺服驱动器组（6）驱动伺服电机组（7）进行机构的轴向或者旋转微细进给运动；所述工作液循环系统中，温度传感器（37）与电导率传感器（38）的探测头置于C向进给机构（18）的工作液中，工作液配送装置（36）下端连接到其下方的工作液槽（35），另一端为两个输送管道，分别通向C向进给机构（18）的加工区与工作液底端；所述工作液配送装置（36）还与可编程控制器（5）连接，在可编程逻辑控制器（5）的控制下，根据需要调节工作液成分比例，以及增加或者减少工作液输送流量或流速；所述加工定位与间隙检测系统中，X轴向激光微位移传感器（23）、Y轴向激光微位移传感器（24）、Z轴向激光微位移传感器（25）用于检测工...

【技术特征摘要】
1.一种多轴联动超声调制微细电解加工系统，其特征是，包括超声振动系统、超声同步系统、电解加工供电系统、多轴机床控制系统、工作液循环系统、加工定位与间隙检测系统、在线参数观测与控制系统；所述超声振动系统包括超声电源(10)、超声波发生器(9)、超声调节电路(11)、横纵向激励装置(26)、换能器(28)、变幅杆(27)、工具电极(21)；所述超声同步系统中设有振动测量片(22)；所述电解加工供电系统包括限流电阻(12)、脉冲电源(3)、电磁阀开关(4)、同步斩波器(8)、电流传感器(13)；所述多轴机床控制系统包括伺服驱动器组(6)、伺服电机组(7)、Y轴进给机构(15)、X轴进给机构(16)、Z轴进给机构(17)、C向旋转机构(18)、A向旋转机构(19)；所述工作液循环系统包括工作液槽(35)、工作液配送装置(36)、温度传感器(37)、电导率传感器(38)；所述加工定位与间隙检测系统包括X轴向激光微位移传感器(23)、Y轴向激光微位移传感器(24)、Z轴向激光微位移传感器(25)、A向旋转编码器(29)、C向旋转编码器(30)、Z轴向位移传感器(31)、X轴向位移传感器(32)、Y轴向位移传感器(33)；所述在线参数观测与控制系统包括控制计算机(1)以及与控制计算机(1)连接的输出功放电路(2)、可编程逻辑控制器(5)、数据采集卡(34)；所述超声振动系统中，工具电极(21)装于变幅杆(27)底端，横纵向激励装置(26)装于变幅杆(27)振动节点处，并与超声调节电路(11)的一端连接；所述超声电源(10)连接换能器(28)，换能器亦与变幅杆(27)连接，换能器转换超声电源(10)产生的超声交变信号，经过变幅杆(27)放大，使工具电极(21)产生Z轴向超声频机械振动，并作用于工件(20)；超声波发生器(9)与超声调节电路(11)的另一端连接，产生两种超声波电信号，经过横纵向激励装置(26)转换放大后，使工具电极(21)在X轴向和Y轴向发生超声频机械振动，并作用于工件(20)；所述C向旋转机构(18)内设有工作液，工件置于C向旋转机构(18)的加工区内；所述超声同步系统中，振动测量片(22)装于变幅杆(27)底端，Z轴向激光微位移传感器(25)与同步斩波器连接，并对振动测量片实时测量，将其转换为所述工具电极(21)振动的幅值、频率、相位的电信号，输送给所述同步斩波器(8)；所述电解加工供电系统中，限流电阻(12)、脉冲电源(3)、电磁阀开关(4)、同步斩波器(8)、电流传感器(13)串联在一起，该电路两端分别连接变幅杆(27)与工件(20)；所述同步斩波器(8)接收所述Z轴向激光微位移传感器(25)传送的电信号，产生关闭与开通的斩波信号，控制电解加工供电系统的通与断，使电解加工供电与所述工具电极(21)的超声频振动实现同频、同步；所述限流电阻(12)可调节电解加工供电系统在加工区的单个脉冲放电能量，所述电流传感器(13)通过数据采集卡(34)连接到控制计算机(1)，用于实时记录电解加工供电系统的电流情况；所述电磁阀开关(4)处于常闭状态，其还连接于可编程逻辑控制器(5)，当所述电流传感器(13)检测到加工区发生碰撞短路产生的大电流时，电磁阀开关(4)立刻切换到断开状态，停止加工区的继续供电，同时多轴机床控制系统控制工作台后退，并保持工具电极(21)与工件(20)之间的间隙达到最佳放电间隙；所述多轴机床控制系统中，A向旋转机构(19)设置于C向旋转机构(18)内，C向旋转机构(18)装于Z轴进给机构(17)正上方，Z轴进给机构(17)固定于X轴进给机构(16)内，作升降运动，X轴进给机构(16)基于下方的Y轴进给机构(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永伟，杨大师，孙继欣，邓正泉，顾翔，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32