电泳辅助微细超声加工机床设计与实验

微细超声加工时,加工区域内的磨粒会被高频振动的工具或工件振出加工区,使加工区域出现无磨粒,导致工具与工件直接作用,影响加工质量与加工效率。为解决上述问题,提出了一种电泳辅助微细超声加工新技术。利用超微磨粒的电泳特性,通过在工具电极与辅助电极之间施加电场,溶液中的超微磨粒泳动到加工区域,甚至是附着或半附着在微细工具上,保证了加工区域磨粒的存在,从而提高微细超声加工质量、加工效率。针对新技术,设计了电泳辅助微细超声加工机床并进行了实验,机床硬件部分包括主轴设计、运动系统硬件设计、电泳辅助微细超声加工工作液槽设计及数据采集系统硬件设计;基于LabVIEW软件开发恒力控制加工控制系统,包括初始化模块、运动控制选择模块、粗对刀模块、恒力对刀模块、恒力控制加工模块以及实时显示模块。开展了微细超声加工与电泳辅助微细超声加工对比实验研究,实验结果表明,在保持其他加工参数相同的条件下,电泳辅助微细超声加工的孔边缘质量更好,微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=3.008μm,而电泳辅助微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=1.494μm。

微细超声加工机床关键零部件设计

微细超声加工机床是实施微细超声加工的基础。针对微细超声加工的原理,对微细超声加工机床中的关键零部件进行了设计,包括主轴设计、微细超声振动工作液槽设计、运动控制系统硬件设计与数据采集系统硬件设计。块电极通过辅助夹具安装于微细超声振动工作液槽中,能够实现微细工具电极的在线加工。采用双超声振动系统设计结构,可以根据加工需要自由的选择将微细超声振动施加到工具或者工件上。宏微复合的运动控制模式能有效的保证运动控制精度,加工实时力与机床运动结合形成的闭环结构能满足微细超声加工中的恒力进给需求。

主轴微细超声振动系统的微振幅测量

在微细超声加工与微细超声振动辅助加工中,微振幅是关键的加工参数,直接影响到加工精度与加工效率。对于只有几μm甚至更小的振幅,很难用传统的振幅测量方法测量出来。针对主轴微细超声振动系统输出的微振幅,提出了一种新的微振幅在线测量方法。利用精密微三维运动平台的高分辨率,将平台A轴的运动与微细工具所受实时力结合起来,使其形成闭环运动控制系统。通过设定相同的接触力,计算有超声与无超声作用于微细工具A轴坐标值的变化,即可获得微细工具的振幅值。应用这一新的振幅测量方法,成功地测量出精确到0.1μm的振幅值。