[發(fā)明專利]一種高度定域聚焦超聲波輔助電加工裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110417563.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113084281B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉桂賢;馬世赫;林艷邦;羅紅平;張清榮
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23H5/00
• 分類號: B23H5/00;B23H1/00;B23H11/00
• 代理公司: 佛山市君創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44675
• 代理人: 杜鵬飛

本發(fā)明公開一種高度定域聚焦超聲波輔助電加工裝置及方法，該裝置包括安裝座、電加工機(jī)構(gòu)以及超聲波輔助機(jī)構(gòu)；所述超聲波輔助機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述安裝座上的安裝架、固定在所述安裝架下端的聚焦超聲振子以及往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述電加工機(jī)構(gòu)包括加工液槽、設(shè)置在加工液槽中的夾具以及電極；所述電極與所述聚焦超聲振子同軸設(shè)置，該電極穿過所述聚焦超聲振子并豎直向下延伸；所述安裝座與所述電極之間設(shè)有夾持桿。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠在小功率下實(shí)現(xiàn)對加工區(qū)域的強(qiáng)聲壓作用，該裝置中的聚焦超聲焦點(diǎn)可以隨時(shí)沿著軸向發(fā)生改變，使得加工區(qū)電介質(zhì)各處聲壓能夠更加紊亂的變化，從而進(jìn)一步加快電介質(zhì)的更新，提高產(chǎn)物的排出效率以及加工效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及特種加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高度定域聚焦超聲波輔助電加工裝置及方法。

背景技術(shù)

在金屬加工中，通常包括傳統(tǒng)機(jī)械加工、電解加工與電火花加工等加工方式。上述方式中，通過超聲波輔助裝置，能夠提高加工質(zhì)量與加工效率，這主要是因?yàn)槌曊駝幽軌蛟诩庸そ橘|(zhì)(液體)中產(chǎn)生聲流現(xiàn)象，且產(chǎn)生的空化泡能夠?qū)庸すぜM(jìn)行沖擊，提高產(chǎn)物排出效果，增強(qiáng)傳值過程。在電火花加工中，超聲波輔助能夠改善排屑不暢以及易拉弧等問題。在電解加工中，同樣能夠促進(jìn)產(chǎn)物與氣泡的排出，并且空化泡的沖擊能夠有效減弱極化現(xiàn)象并去除鈍化膜。因此，超聲波輔助電加工方法被認(rèn)為是非常有效的加工方法。

現(xiàn)有的超聲波輔助加工方法主要分為兩類，其中一類是將電極與超聲振子設(shè)計(jì)于一體，加工過程中電極(陽極或陰極)作為超聲的發(fā)射源，對加工間隙進(jìn)行直接作用；這一類又可以分為工具振動(如圖1所示)和工件振動(如圖2所示)兩種方式，其中，工具振動往往需要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬超聲換能器系統(tǒng)(振子)，且受于共振頻率的限制，振子的長度無法隨意設(shè)置，同時(shí)對機(jī)床的剛性提出了更高的要求。并且，在工具的尺寸較小的微細(xì)加工中，這種將超聲波輔助裝置與工具相結(jié)合的方式非常容易使工具產(chǎn)生徑向抖動，導(dǎo)致短路，使加工精度降低。

另一類是將超聲振子置于電介質(zhì)中，超聲振子作為超聲的發(fā)射源，電介質(zhì)同樣充當(dāng)超聲傳播的介質(zhì)，在超聲的作用下電介質(zhì)產(chǎn)生聲流現(xiàn)象從而加快電介質(zhì)流動，對加工間隙進(jìn)行間接作用(如圖3所示)；在這一類中，Matthias Hackert-在微型電火花加工工藝中將超聲振子放置在加工區(qū)附近的電介質(zhì)中并與工具電極成一定角度，施加高強(qiáng)度超聲作用于導(dǎo)電介質(zhì)輔助電火花打孔，將加工速度提高了40％；但是，上述加工方式需要較大的驅(qū)動功率，由于超聲波輔助裝置與電極存在一定角度，使超聲波向加工間隙傳播的效率降低，導(dǎo)致超聲波的輔助作用得不到很好的體現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述存在的問題，提供一種高度定域聚焦超聲波輔助電加工裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠在小功率下實(shí)現(xiàn)對加工區(qū)域的強(qiáng)聲壓作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的聲流以及達(dá)到加工區(qū)定域空化的目的，從而提高電解加工與電火花加工的精度和效率；另外，該裝置中的聚焦超聲焦點(diǎn)可以隨時(shí)沿著軸向發(fā)生改變，使得加工區(qū)電介質(zhì)各處聲壓能夠更加紊亂的變化，從而進(jìn)一步加快電介質(zhì)的更新，提高產(chǎn)物的排出效率以及加工效率。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種高度定域聚焦超聲波輔助電加工方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高度定域聚焦超聲波輔助電加工裝置，包括設(shè)置在機(jī)床主軸上的安裝座、設(shè)置在所述安裝座上的用于對工件進(jìn)行電加工的電加工機(jī)構(gòu)以及用于輔助電加工的超聲波輔助機(jī)構(gòu)；所述機(jī)床主軸與安裝座保持相對靜止的位置關(guān)系，其中；

所述超聲波輔助機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述安裝座上的安裝架、固定在所述安裝架下端的聚焦超聲振子以及用于驅(qū)動所述安裝架在安裝座上在豎直方向做往復(fù)運(yùn)動的往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；

所述電加工機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在機(jī)床加工平臺上用于存放加工介質(zhì)的加工液槽、設(shè)置在加工液槽中用于夾緊工件的夾具以及用于加工工件的電極；其中，所述電極與所述聚焦超聲振子同軸設(shè)置，該電極穿過所述聚焦超聲振子并豎直向下延伸；所述安裝座與所述電極之間設(shè)有夾持桿，該夾持桿的一端與所述安裝座固定連接，另一端與所述電極的上端固定連接。