超声3D振动复合ELID精密磨削系统及磨削方法

摘要

超声3D振动复合ELID精密磨削系统及磨削方法，磨削系统包括多通道超声波发生器、超声载物台、自动调距电极、高频直流脉冲电源、计算机监控系统。计算机监控系统同时采集ELID和3D超声振动的状态表征信号，观察复合工艺各自的工作状态及相互影响程度，再自动或人工给出反馈控制，使得两工艺得以动态、和谐、优化地匹配。在磨削加工中，砂轮与工件磨削表面接触时会产生电解液超声空化现象，能有效促进砂轮修整的实际效果，磨削力更加稳定。本发明将超声磨削加工技术与ELID磨削技术相复合，实现优势互补，克服了单一工艺所存在的缺陷，为硬脆材料超光滑表面高效加工在国防、航空航天等高新技术领域的应用提供技术支撑。

主权项

超声3D振动复合ELID精密磨削系统，包括多通道超声波发生器（1）、3D超声激振台（2）、高频直流脉冲电源（3）、自动调距电极（4）、计算机监控系统（5）和砂轮（6）；其特征在于：所述多通道超声波发生器（1）与3D超声激振台（2）通过电缆相连接；待加工工件（7）以机械夹紧或胶粘的方式固定在3D超声激振台（2）上；高频直流脉冲电源（3）的正极与砂轮（6）连接，高频直流脉冲电源（3）的负极与自动调距电极（4）连接；计算机监控系统（5）分别与高频直流脉冲电源（3）、自动调距电极（4）和多通道超声波发生器（1）连接；计算机监控系统同时采集ELID和超声振动的状态表征信号，观察复合工艺各自的工作状态及相互影响程度，再自动或人工给出反馈控制，使得两工艺得以动态、和谐、优化地匹配；所述多通道超声波发生器（1）为功率型超声波发生器，频率范围为20~60kHz；同时可提供多个通道信号输出，支持3个维度的超声激振信号，所述计算机监控系统（5）包括一个霍尔电流传感器（5‑1）、一个霍尔电压传感器（5‑2）、一个LCR等效电路（5‑3）、一个滤波电路（5‑4）、一个数据采集卡（5‑5）、一个计算机工作站（5‑6）以及一块PLC控制卡（5‑7）；其中霍尔电流传感器（5‑1）和霍尔电压传感器（5‑2）将采集高频直流脉冲电源（3）输出端正负电极间的电流和电压信号，LCR等效电路（5‑3）采集超声波发生器（1）输出端的动态声学性能，采集到的信号经过滤波电路（5‑4）后传输给数据采集卡（5‑5）实现模数转换并最终传输给计算机工作站（5‑6）；计算机工作站（5‑6）根据收到的信号分别转化为表征ELID工作状态的砂轮铸铁基氧化膜厚度和表征超声振动状态的谐振频率，并将上述直接或间接的物理量进行图形和数据的显示；计算机工作站（5‑6）依据ELID和超声振动的工作状态特征值，直接调控高频直流脉冲电源（3）的输出电压和电流，超声波发生器（1）的输出频率和电压，通过PLC控制卡（5‑7）驱动自动调距电极（4）上的步进电机（4‑3）调整负电极（4‑2）与砂轮（6）之间的间隙。