[发明专利]一种游离磨料微细超声加工装置及进给调节方法

权利要求书

1.一种游离磨料微细超声加工装置，其特征在于：包括：XY轴进给装置（1）、底座（6）、主轴立柱（3）、Z轴伺服进给装置（5）、工作槽（2）、微细超声振动系统、待加工工件（7）、超声波发生器（10）和冷却循环系统，所述工作槽（2）设置于所述XY轴进给装置（1）上，所述工作槽（2）内放置待加工工件（7）且其内盛有工作液，所述微细超声振动系统包括超声换能器（9）、超声变幅杆（8）及微细超声加工工具（4），所述微细超声加工工具（4）连接于所述超声变幅杆（8）的底部，所述Z轴伺服进给装置（5）设置于主轴立柱（3）上，所述超声换能器（9）设置于所述Z轴伺服进给装置（5）上且与所述超声变幅杆（8）连接，所述超声波发生器（10）与所述超声换能器（9）电连接；

所述游离磨料微细超声加工装置还包括用于保持微细超声加工工具（4）温度稳定的冷却系统；

所述超声波发生器（10）为可编程恒流超声电源，所述可编程恒流超声电源包括了采样单元、处理单元及执行单元；

所述采样单元用于实时采样微细超声振动系统的电流和电压幅值和相位，所述处理单元先由频率跟踪算法调节电流与电压同相，然后估算出微细超声振动系统的空载等效电阻抗及负载等效电阻抗；所述微细超声振动系统的空载等效电阻抗是指微细超声振动系统未对待加工工件（7）加工时的系统等效电阻抗，包括：超声波发生器（10）的串联谐振阻抗、超声变幅杆（8）的等效阻抗以及微细超声加工工具（4）的等效阻抗；微细超声振动系统的负载等效电阻抗是指微细超声振动系统对待加工工件（7）加工时的系统等效电阻抗，包括微细超声振动系统的空载等效电阻抗、待加工工件（7）与工作液等效阻抗；所述执行单元用于执行控制算法；

所述冷却系统包括：循环水冷和风冷；所述循环水冷包括：循环水槽（11）、循环泵（12）、循环管路（13）和冷却喷头，所述循环水槽（11）通过循环管路（13）与所述工作槽（2）相连通，所述循环泵（12）通过循环管路（13）与所述冷却喷头相连接，所述冷却喷头设置于所述微细超声加工工具（4）的一侧，所述循环泵（12）将工作槽（2）中的工作液送入冷却喷头中对微细超声加工工具（4）进行冷却；所述风冷包括：内部风冷和外部风冷，所述内部风冷是指在超声换能器（9）内部内置风冷装置；所述外部风冷包括：风冷喷头和压缩空气装置，所述风冷喷头设置于所述微细超声加工工具（4）的一侧，所述压缩空气装置给风冷喷头提供高压风冷气源对微细超声加工工具（4）进行风冷；

所述超声换能器（9）和所述超声变幅杆（8）之间通过螺栓连接；所述超声变幅杆（8）和微细超声加工工具（4）之间通过螺栓连接，且在连接时为确保声波传递的有效性和高效率、需在螺栓外侧加涂密封材料。

2.根据权利要求1所述游离磨料微细超声加工装置，其特征在于：所述超声波发生器（10）提供的激励信号的频率为微细超声振动系统的串联谐振频率，工作电流峰峰值的可调节范围为200mA～1200mA，最大有效输出功率为100W，典型工作频率：20kHz～40kHz。

3.根据权利要求2所述游离磨料微细超声加工装置，其特征在于：所述微细超声振动系统的串联谐振频率为35.43kHz，空载等效电阻抗为65Ω，所述微细超声加工工具（4）端面振幅可调节范围为2μm~15μm。

4.根据权利要求3所述游离磨料微细超声加工装置的进给调节方法，其特征在于：在待加工工件（7）加工前，超声波发生器（10）采样单元按采样频率采集微细超声振动系统的电流和电压幅值与相位，超声波发生器（10）处理单元先由频率跟踪算法调节电流与电压同相，然后估算出微细超声振动系统的空载等效电阻抗值；进一步地，由空载等效电阻抗值确定初始加工状态下微细超声振动系统所需的负载等效电阻抗初始阈值；加工过程中，处理单元根据采样单元采集的数据先进行频率跟踪，再计算出负载等效电阻抗值，执行单元对负载等效电阻抗值与设定的等效电阻抗初始阈值进行算法比较，根据比较结果调节微细超声加工工具（4）的进给方向与速度或超声波发生器（10）的输出电流；进一步地，在加工过程中可以根据加工需要，实时调整等效电阻抗初始阈值的设定，通过控制微细超声加工工具（4）的进给方向与速度来控制超声加工的间隙，通过控制超声波发生器（10）的输出电流来控制工具端面振幅，达到稳定加工的目的。

5.根据权利要求4所述游离磨料微细超声加工装置的进给调节方法，其特征在于：由可编程恒流超声电源控制Z轴伺服进给装置（5）的进给状态。