超声调制微细电化学加工实验系统技术方案

超声调制微细电化学加工实验系统，包括超声振动系统、电解加工系统、同步斩波系统、伺服进给系统、短路保护系统、电解液循环系统、在线参数调节系统。本实用新型专利技术工作台由伺服电机带动进给，加工间隙与加工速度可控制调节；通过超声频振动作用消除电解钝化膜，改善加工间隙；电解液的配置可根据实验要求实时调节控制，电解液循环流动更新，冲走热量及电解产物；本实用新型专利技术电解极间电流被实时检测，能及时切断电解加工回路的电流，有效防止短路造成的损坏。本实用新型专利技术将超声辅助、伺服进给、短路保护、恒参数控制、在线参数调节功能结合于一体，实现微细电解加工过程的在线配置调节，保证了加工过程的安全稳定，有效提高工件的加工效率和加工质量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种超声调制微细电化学加工实验系统，属于复合精密、微细特种加工

技术介绍
难加工材料(如电子陶瓷、高温合金、硬质合金等)、复杂异形面(如：三维曲面、异型孔槽等)零部件的制造已成为现代制造科学的研究热点，其核心问题在于如何解决精密、微细加工难题。在精密微细特种加工
，电化学加工以“分子”级单位去除加工，具有微精加工的机理优势，存在实行微细加工甚至纳米级加工的可行性。其中，基于电化学阳极溶解的电解加工由于大电流时的杂散腐蚀作用、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。目前有选用高频窄脉冲电源，将超声与电解复合用于大电流密度下的高速大去除量加工，提高了加工的效率。然而微小间隙过程变化复杂，若无精密微位移进给系统和及时去除加工杂质的电解液系统，电解加工过程随时可能发生短路，这无疑将造成工具、工件烧伤报废，影响到加工过程的安全持续运行。在超声复合电解加工实践中，因电极与加工工件间存在复杂多变的物理、化学过程，加工深度越深，加工过程的稳定性越难以持续保持，如没有完善的超声辅助系统、电解加工系统、伺服进给系统、电解液系统、短路保护系统，就不能对加工过程进行及时有效的在线参数的调节与控制，加工过程将不稳定，同时加工效率、精度均将下降。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种超声调制微细电化学加工实验系统，解决上述问题中，加工深度不可实时准确调节控制的缺陷，解决随着加工深度增大，加工过程中出现的稳定性低、加工效率低、加工精度下降的缺陷，通过本实用新型可准确检测加工区的间隙大小，实现工件的恒速进给加工，工作液的循环更新有效排除加工产物，利用超声辅助电解加工以提高加工效率，增加短路保护装置以提高加工安全度，本技术在提高工件加工效率与加工稳定性同时，可有效提高加工精度、提高加工表面质量。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：超声调制微细电化学加工实验系统，其特征是，包括超声振动系统、电解加工系统、同步斩波系统、伺服进给系统、短路保护系统、电解液循环系统、在线参数调节系统、PLC装置；所述超声振动系统包括超声电源、压电式换能器、压电陶瓷片、变幅杆、工具电极；所述电解加工系统包括数字存储示波器、脉冲电源、限流电阻、电流传感器、电压传感器、加工工件；所述同步斩波系统包括同步斩波器、激光微位移传感器、超声振动测量基准片；所述伺服进给系统包括Z进给机构、X进给机构、Y进给机构、电机驱动器、升降台、工作台、位移传感器，所述Z进给机构包括伺服电机、减速器、滚珠丝杠；所述短路保护系统设有电磁阀开关；所述电解液循环系统包括温度传感器、电导率传感器、纯净水、电解质、储液槽、出液管、进液管；所述在线参数调节系统设有控制计算机；所述超声振动系统中，压电式换能器与超声电源连接，变幅杆一端与压电陶瓷片连接，另一端连接工具电极，超声电源产生连续可调的超声频交变电信号，经过压电式换能器、压电陶瓷片和变幅杆转换放大后传递至工具电极，工具电极的端面产生同频超声频机械振动，并作用于加工工件，加工工件置于设有电解液的工作台内；所述电解加工系统中，限流电阻分别连接变幅杆与脉冲电源，所述脉冲电源分别连接数字存储示波器电流传感器，电流传感器也连接于数字存储示波器，数字存储示波器与控制计算机连接，电压传感器一端连接PLC装置，另一端连接工具电极与加工工件；所述同步斩波系统中，激光微位移传感器位于超声振动测量基准片上方，并与同步斩波器连接，对工具电极位置进行动态快速测量；所述伺服进给系统中，还包括支撑架、装置底座，X进给机构固定于Y进给机构，Y进给机构固定于装置底座，支撑架置于工作台下方，并固定于X进给机构上；Z进给机构的伺服电机安装于支撑架内，与减速器配套使用，伺服电机由电机驱动器驱动运行，电机驱动器连接于PLC装置；所述升降台、滚珠丝杠均置于支撑架的内部空腔，滚珠丝杠穿过升降台中部与伺服电机连接，并在伺服电机的驱动下，带动升降台上下移动；所述工作台正下方设有工作台底座，工作台底座插入支撑架的内部空腔，并置于升降台上方，升降台上下移动，带动工作台作Z向进给移动，工作台下方设置有可实现检测升降距离变化的位移传感器，该位移传感器连接于PLC装置；所述短路保护系统中，电磁阀开关分别连接电流传感器、同步斩波器，且电磁阀开关与电流传感器一并连接于PLC装置；所述电解液循环系统中，温度传感器与电导率传感器一端分别与工作台连接，用于检测工作台内电解液的温度与分析电解液的电解质的成分对比，另一端均连接于PLC装置；纯净水与电解质的容器下分别设有纯净水电磁阀开关、电解质电磁阀开关；工作台与储液槽通过出液管与进液管连接，出液管上设有出液管电磁阀开关，进液管上设有离心泵与过滤器，离心泵由泵用电动机控制，泵用电动机、纯净水电磁阀开关、电解质电磁阀开关、出液管电磁阀开关均连接于PLC装置，进液管与出液管的端口分布于储液槽内两端，两端口之间设有过滤网，有效过滤掉电解加工排除的颗粒杂物；所述在线参数调节系统中，控制计算机连接超声电源、数字存储示波器、激光微位移传感器、PLC装置，通过实时采集实验加工过程数据，对加工过程进行实时参数数据的调节。所述的工作台与储液槽选用防腐蚀强的花岗岩或耐蚀水泥制作。所述的过滤网采用筛孔尺寸为Φ0.07-0.15mm的尼龙丝网。所述电解液离心泵优选多级离心泵。所述电解质优选硝酸钠，电解液选用质量分数为5％的硝酸钠水溶液，其中均参入碳化硼W10微粉。所述的电解加工系统中电磁阀开关为常闭开关，灵敏度高，起到短路快速切断作用。本技术的有益效果：该超声调制微细电化学加工实验系统，将微细电解加工与超声频振动同频、同步，通过超声频振动作用消除电解钝化膜，促进加工产物的排除与工作液的更新，有效改善加工间隙，提高加工效率；本技术工作台由伺服电机带动进给，实现恒参数控制，加工间隙可实时检测，加工速度可调节控制，保持了加工过程的稳定，实现系统参数的实时优化、高精度和高效率的加工目标；本技术的电解液系统电解液有足够的流动速度，电解液循环流动，可冲走氢气、带走加工区的大量热量，过滤掉金属氢氧化物等电解产物，同时，电解液的配置可根据实验要求实时调节控制；加工区极间电流被实时检测，短路一旦发生，能及时切断电解加工回路的电流，有效保护了工具与工件，实现工件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声调制微细电化学加工实验系统，其特征是，包括超声振动系统、电解加工系统、同步斩波系统、伺服进给系统、短路保护系统、电解液循环系统、在线参数调节系统、PLC装置(30)；所述超声振动系统包括超声电源(2)、压电式换能器(9)、压电陶瓷片(10)、变幅杆(11)、工具电极(13)；所述电解加工系统包括数字存储示波器(3)、脉冲电源(4)、限流电阻(5)、电流传感器(6)、电压传感器(27)、加工工件(16)；所述同步斩波系统包括同步斩波器(8)、激光微位移传感器(12)、超声振动测量基准片(14)；所述伺服进给系统包括Z进给机构、X进给机构(24)、Y进给机构(25)、电机驱动器(31)、升降台(22)、工作台(15)、位移传感器(19)，所述Z进给机构包括伺服电机(23)、减速器、滚珠丝杠(21)；所述短路保护系统设有电磁阀开关(7)；所述电解液循环系统包括温度传感器(28)、电导率传感器(29)、纯净水(32)、电解质(33)、储液槽(37)、出液管(39)、进液管(40)；所述在线参数调节系统设有控制计算机(1)；所述超声振动系统中，压电式换能器(9)与超声电源(2)连接，变幅杆(11)一端与压电陶瓷片(10)连接，另一端连接工具电极(13)，超声电源产生连续可调的超声频交变电信号，经过压电式换能器、压电陶瓷片和变幅杆转换放大后传递至工具电极，工具电极的端面产生同频超声频机械振动，并作用于加工工件(16)，加工工件置于设有电解液的工作台(15)内；所述电解加工系统中，限流电阻(5)分别连接变幅杆与脉冲电源，所述脉冲电源(4)分别连接数字存储示波器(3)、电流传感器(6)，电流传感器也连接于数字存储示波器，数字存储示波器(3)与控制计算机(1)连接，电压传感器(27)一端连接PLC装置(30)，另一端连接工具电极(13)与加工工件(16)；所述同步斩波系统中，激光微位移传感器(12)位于超声振动测量基准片(14)上方，并与同步斩波器(8)连接，对工具电极(13)位置进行动态快速测量；所述伺服进给系统中，还包括支撑架(18)、装置底座(26)，X进给机构(24)固定于Y进给机构(25)，Y进给机构固定于装置底座，支撑架置于工作台下方，并固定于X进给机构(24)上；Z进给机构的伺服电机(23)安装于支撑架内，与减速器配套使用，伺服电机(23)由电机驱动器(31)驱动运行，电机驱动器连接于PLC装置(30)；所述升降台(22)、滚珠丝杠(21)均置于支撑架的内部空腔，滚珠丝杠(21)穿过升降台中部与伺服电机连接，并在伺服电机的驱动下，带动升降台上下移动；所述工作台(15)正下方设有工作台底座(17)，工作台底座插入支撑架的内部空腔，并置于升降台上方，升降台上下移动，带动工作台作Z向进给移动，工作台(15)下方设置有可实现检测升降距离变化的位移传感器(19)，该位移传感器连接于PLC装置(30)；所述短路保护系统中，电磁阀开关(7)分别连接电流传感器(6)、同步斩波器(8)，且电磁阀开关与电流传感器一并连接于PLC装置(30)；所述电解液循环系统中，温度传感器(28)与电导率传感器(29)一端分别与工作台连接，用于检测工作台(15)内电解液的温度与分析电解液的电解质的成分对比，另一端均连接于PLC装置(30)；纯净水(32)与电解质(33)的容器下分别设有纯净水电磁阀开关(34)、电解质电磁阀开关(35)；工作台(15)与储液槽(37)通过出液管(39)与进液管(40)连接，出液管上设有出液管电磁阀开关(36)，进液管上设有离心泵(42)与过滤器(41)，离心泵由泵用电动机(43)控制，泵用电动机、纯净水电磁阀开关、电解质电磁阀开关、出液管电磁阀开关均连接于PLC装置(30)，进液管与出液管的端口分布于储液槽(37)内两端，两端口之间设有过滤网(38)，有效过滤掉电解加工排除的颗粒杂物；所述在线参数调节系统中，控制计算机(1)连接超声电源(2)、数字存储示波器(3)、激光微位移传感器(12)、PLC装置(30)，通过实时采集实验加工过程数据，对加工过程进行实时参数数据的调节。...

【技术特征摘要】
1.一种超声调制微细电化学加工实验系统，其特征是，包括超声振动系统、
电解加工系统、同步斩波系统、伺服进给系统、短路保护系统、电解液循环系
统、在线参数调节系统、PLC装置(30)；
所述超声振动系统包括超声电源(2)、压电式换能器(9)、压电陶瓷片(10)、
变幅杆(11)、工具电极(13)；所述电解加工系统包括数字存储示波器(3)、
脉冲电源(4)、限流电阻(5)、电流传感器(6)、电压传感器(27)、加工工件
(16)；所述同步斩波系统包括同步斩波器(8)、激光微位移传感器(12)、超
声振动测量基准片(14)；
所述伺服进给系统包括Z进给机构、X进给机构(24)、Y进给机构(25)、
电机驱动器(31)、升降台(22)、工作台(15)、位移传感器(19)，所述Z进
给机构包括伺服电机(23)、减速器、滚珠丝杠(21)；所述短路保护系统设有
电磁阀开关(7)；
所述电解液循环系统包括温度传感器(28)、电导率传感器(29)、纯净水
(32)、电解质(33)、储液槽(37)、出液管(39)、进液管(40)；所述在线参
数调节系统设有控制计算机(1)；
所述超声振动系统中，压电式换能器(9)与超声电源(2)连接，变幅杆
(11)一端与压电陶瓷片(10)连接，另一端连接工具电极(13)，超声电源产
生连续可调的超声频交变电信号，经过压电式换能器、压电陶瓷片和变幅杆转
换放大后传递至工具电极，工具电极的端面产生同频超声频机械振动，并作用
于加工工件(16)，加工工件置于设有电解液的工作台(15)内；
所述电解加工系统中，限流电阻(5)分别连接变幅杆与脉冲电源，所述脉
冲电源(4)分别连接数字存储示波器(3)、电流传感器(6)，电流传感器也连
接于数字存储示波器，数字存储示波器(3)与控制计算机(1)连接，电压传
感器(27)一端连接PLC装置(30)，另一端连接工具电极(13)与加工工件(16)；
所述同步斩波系统中，激光微位移传感器(12)位于超声振动测量基准片
(14)上方，并与同步斩波器(8)连接，对工具电极(13)位置进行动态快速
测量；
所述伺服进给系统中，还包括支撑架(18)、装置底座(26)，X进给机构(24)
固定于Y进给机构(25)，Y进给机构固定于装置底座，支撑架置于工作台下方，
并固定于X进给机构(24)上；Z进给机构的伺服电机(23)安装于支撑架内，
与减速器配套使用，伺服电机(23)由电机驱动器(31)驱动运行，电机驱动
器连接于PLC装置(30)；所述升降台(22)、滚珠丝...

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