本发明专利技术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。效率。效率。
【技术实现步骤摘要】
一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置及方法
[0001]本专利技术涉及特种加工
，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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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
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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。
技术实现思路
[0005]本专利技术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。
[0006]本专利技术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。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]上述高度定域聚焦超声波辅助电加工装置的工作原理是：
[0012]工作时，机床主轴在竖直方向(Z轴)上运动，工件可以在水平面上沿着X轴与Y轴的方向运动，当需要对工件进行电加工时，驱动电极和工件移动到加工位置，往复驱动机构带动安装架做上下低频往复运动，从而带动聚焦超声振子做低频往复运动，进而改变聚焦超声焦点的位置，以产生更加混乱的声压场，从而导致混乱的声流现象；具体地，在聚焦超声振子的聚焦超声焦点处会产生剧烈的空化现象，空化泡的破裂对加工表面进行冲击，在电解加工中能有效去除产物以及钝化膜，并降低极化现象的影响，在电火花加工中能够将产物颗粒排除加工区，降低拉弧的可能；由于电极与聚焦超声振子同轴设置，使得超声能够沿着电极轴向传播，具有高度定域性，从而提高电解加工与电火花加工的精度和效率。
[0013]本专利技术的一个优选方案，其中，所述往复驱动机构包括设置在所述安装座上的音圈电机，所述音圈电机的执行端与所述安装架之间设有水平连接板，所述水平连接板的上端与所述音圈电机的执行端连接，下端与所述安装架的上端连接。通过设置音圈电机，音圈电机的执行端带动水平连接板运动，从而能够实现安装架在竖直方向上的低频往复运动，从而带动聚焦超声振子做低频往复运动，因此，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。
[0014]优选地，所述安装座上设有用于引导所述安装架沿着竖直方向运动的导向组件，其中，所述导向组件包括竖直设置在所述安装座上的导轨以及固定连接在所述水平连接板上且与所述导轨滑动配合的滑块。通过设置导向组件，能够进一步保证安装架运动的稳定性，从而保证聚焦超声振子运动的稳定性，另外，水平连接板与所述滑块连接，能够使得装置的结构变得更加紧凑。
[0015]优选地，所述安装架为圆柱形结构，其内部具有内腔，该安装架包括位于上端的法兰部、位于中部的连接部以及位于下端的安装部，其中，所述法兰部安装在所述水平连接板上，所述安装部设有用于安装所述聚焦超声振子的安装槽。采用上述结构，一方面，通过设置法兰部，便于安装架的固定，另一方面，通过设置内腔也便于电极的安装，另外，通过设置安装槽，能够实现聚焦超声振子的安装，同时，也使得整个安装架结构变得更加紧凑简单。
[0016]进一步地，所述连接部设有用于避让所述夹持杆的避让槽，该避让槽竖直向下延伸且与所述内腔连通，所述避让槽为多个，多个避让槽沿着圆周方向均匀分布，所述夹持杆位于其中一个避让槽中。通过设置避让槽，一方面，当安装架沿着上下运动时，避让槽不会与夹持杆发生干涉，能够保证安装架的顺利运动，另一方面，通过设置多个避让槽，不仅能
够减少安装架的整体质量，减少往复驱动机构的载荷，而且还能够使得整个安装架结构变得更加紧凑，与此同时，还能够通过安装槽时刻观察夹持杆与电极的工作状态。
[0017]优选地，所述安装部下端设有将所述聚焦超声振子固定在安装槽上的固定组件，该固定组件包括设置在安装部下端的挡片以及将所述挡片固定在安装部上的固定螺栓。通过设置固定组件，在保证聚焦超声振子正常工作的前提下，能够防止聚焦超声振子在安装槽中掉落。
[0018]优选地，所述电极的上端与夹持杆通过可拆卸结构固定连接，其中，所述可拆卸结构包括设置在夹持杆端部的安装孔以及压紧螺栓，其中，所述电极的上端滑动连接在所述安装孔中，所述压紧螺栓将所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于；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。2.根据权利要求1所述的一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置，其特征在于，所述往复驱动机构包括设置在所述安装座上的音圈电机，所述音圈电机的执行端与所述安装架之间设有水平连接板，所述水平连接板的上端与所述音圈电机的执行端连接，下端与所述安装架的上端连接。3.根据权利要求2所述的一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置，其特征在于，所述安装座上设有用于引导所述安装架沿着竖直方向运动的导向组件，其中，所述导向组件包括竖直设置在所述安装座上的导轨以及固定连接在所述水平连接板上且与所述导轨滑动配合的滑块。4.根据权利要求2或3所述的一种高度定域聚焦超声波辅助电加工装置，其特征在于，所述安装架为圆柱形结构，其内部具有内腔，该安装架包括位于上端的法兰部、位于中部的连接部以及位于下端的安装部，其中，所述法兰部安装在所述水平连接板上，所述安装部设有用于安装所述聚焦超声振子的安装槽。5.根据权利要求4所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂贤，马世赫，林艳邦，罗红平，张清荣，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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