[发明专利]一种球面超声能场辅助微细电解铣削加工装置及方法

说明书

本发明提供一种球面超声能场辅助微细电解铣削加工装置及方法，包括机床主体，工件阳极，阳极驱动机构，工具阴极，阴极驱动机构，与所述工具阴极相连的球面超声振动系统，电解液循环系统，电解电源相连。电解液循环系统朝向工件阳极处喷电解液，电解电源供电，阴极驱动机构驱动工具阴极运动，阳极驱动机构驱动工件阳极运动，工具阴极对工件阳极进行微结构加工，球面超声振动系统将超声能量聚焦于工件加工面狭小的区域，可有效削弱微结构侧向腐蚀，具有阻抗低、易匹配、超声能量大、功率大等优势，有利于微细电解铣削实现小间隙加工，铣削层深度增加，利于铣削产物的去除及电解液的更新，实现复杂、高深宽比微结构的加工。

技术领域

本发明涉及铣削技术领域，尤其涉及一种球面超声能场辅助微细电解铣削加工装置及方法。

背景技术

微细电解铣削加工微结构时，如微型槽、微型腔等，由于加工间隙小，电解加工时产生的焦耳热、气泡、不导电非溶性产物极易堵塞于加工间隙内，引起电解液电导率发生变化，造成电解液及时更新、电解产物排出困难、加工均匀性和稳定性下降等问题，不利于高深宽比微结构的加工。且在微细电解铣削加工过程中，电解液射流喷出冲击至工件加工表面，随着工件材料的溶解及微结构尺寸的变化，电解液沿槽内曲面流动时被反射至工件表面未加工区，引起杂散腐蚀，降低微结构加工定域性和加工精度。

此外，如图1所示，传统的微细电解铣削加工，变幅杆纵向振动作用于工件表面，微结构侧向腐蚀较大。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种球面超声能场辅助微细电解铣削加工装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种球面超声能场辅助微细电解铣削加工装置，包括机床主体，设置于所述机床主体上的工件阳极，驱动所述工件阳极在X轴、Y轴以及Z轴方向移动的阳极驱动机构，设置于所述工件阳极上方的工具阴极，驱动所述工具阴极在X轴、Y轴以及Z轴方向移动的阴极驱动机构，与所述工具阴极相连的球面超声振动系统，设置于所述工件阳极处的电解液循环系统；所述工具阴极和所述工件阳极之间通过电解电源相连。

更进一步的，所述工具阴极包括微细电极和设置于所述微细电极外侧壁上的绝缘层。

更进一步的，所述球面超声振动系统包括与所述工具阴极相连的纵振变幅杆、与所述纵振变幅杆相连的超声振动换能器、与所述超声振动换能器相连的超声波电源以及设置于所述纵振变幅杆底部的弯曲振动球壳。

更进一步的，所述电解液循环系统包括电解液槽、与所述电解液槽相连的离心泵、连接于所述离心泵输出端的出液管、设置于所述出液管输出端的喷嘴、设置于所述出液管上的压力表和压力控制阀、以及设置于所述离心泵入口处的过滤器。

更进一步的，所述球面超声能场辅助微细电解铣削加工装置还包括设置于所述球面超声振动系统处的激光多普勒测振仪。

更进一步的，所述工件阳极位于所述工具阴极的下方，所述工件阳极处设置有工业CCD相机检测单元。

更进一步的，所述工件阳极和所述工具阴极之间连接有电压传感器和电流传感器，所述电压传感器和所述电流传感器分别和数据采集卡相连。

本发明还提供一种球面超声能场辅助微细电解铣削加工方法，包括如上任意一项权利要求所述的球面超声能场辅助微细电解铣削加工装置，所述方法包括以下步骤：

a)将工件阳极放置于机床主体的阳极驱动机构上，所述电解液循环系统朝向所述工件阳极喷电解液，所述阴极驱动机构驱动所述工具阴极对所述工件阳极进行铣削；

b)所述工具阴极加速离开所述工件阳极表面时，所述球面超声振动系统超声振动，在电解液内瞬间形成微空腔；

c)所述工具阴极加速靠近所述工件阳极表面时，所述微空腔重新闭合，形成液压冲击波；

d)重复步骤b)和步骤c)多次,在所述工件阳极上铣削出微结构。