[发明专利]一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统和方法

权利要求书

1.一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统，其特征在于，包括机床本体、电气柜和

工艺参数与人机界面系统，其配置用户与加工装备的接口，用于监控、管理、记录加工装备的工作状态、性能和工艺参数；

脉冲电源系统，其通过脉冲发生器输出可控变幅、周期性间断脉冲，在工具电极和阳极工件之间的工作间隙产生电火花放电和电化学溶解作用使得工件材料被去除；

运动控制系统，其控制工具电极向工件进给并绕其轴线旋转以增强电化学工作液在加工区域的冲洗作用；通过监控加工过程中的电流和电压波形变化并实时调整工具电极主轴的进给速度，控制电火花与电化学复合深小孔加工过程的稳定性；

电化学液循环系统，其向加工区域连续、充分地供给清洁的电化学工作液以通过导电介质传递电流；及时从加工区排出加工产物，并对工具电极和工件进行冷却以保持脉冲供电过程稳定而顺利地进行。

2.根据权利要求1所述的一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统，其特征在于，其中的机床本体包括机床立柱、主轴头及附件、导向夹头、工具电极、工作台和底座；其中机床立柱和底座是基础结构件，通过转动机床立柱顶部的横向和纵向丝杆来改变工具电极与工作台的相对位置；工作台用来支承和装夹工具，工作台上装有电化学液槽用以容纳电化学工作液，使电极和被加工工件浸泡在工作液中，起冷却排屑作用；工作台上还装有相机和光源用来对工具电极首部的缺陷区域拍照；1个或1个以上的主轴头及附件和导向夹头构成1个或1个以上的积木式独立模块，每个独立模块垂直布置于机床立柱顶部的纵向导轨上，由直线运动系统和回转运动系统组成，直线运动系统包括伺服电机和与其连接的减速器，通过联轴器将扭矩传递给滚珠丝杆螺母副，将电机转动转换成直线运动，回转运动系统通过回转马达驱动主轴作绕U轴的回转运动实现对工具电极旋转角度的实时控制；工具电极通过导向夹头被夹持在旋转的主轴头中以控制工件和工具电极之间的径向、轴向间隙；工具电极包括中空管，中空管的外壁是金属导体，金属导体外包有电绝缘层以提高微细电化学溶解加工的定域性、减少杂散腐蚀，电绝缘层采用旋涂法在工具电极侧面形成厚度5～10µm的高分子材料薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统，其特征在于，电气柜安装工艺参数与人机界面系统、脉冲发生器系统和运动控制系统的电气组件，完成机床运行过程中的手动和自动化控制；

工艺参数与人机界面系统包括触摸屏、按钮和指示灯，方便用户在触摸屏上设定包括加工位置和加工时间在内的工艺参数，查看机床运行状态、处理系统报警信息；

脉冲发生器系统包括脉冲发生器、电流传感器和电源开关，脉冲发生器产生高压和低压可控幅度和占空比的脉冲输出，使加工模式在电火花与电化学复合加工和纯电化学加工之间可控变化；电流传感器将毫安级的加工电流转换成0～5v的电压信号输出到数据采集卡，从而实现加工状态的实时检测；电源开关用于保护脉冲发生器正常工作，免于机床加工过程中异常状态造成脉冲发生器发生损坏；

运动控制系统包括工业计算机、示波器记录仪、相机、光源、运动控制卡和数据采集卡；加工过程中的电压波形和电流波形由具有存储、导出功能的示波器记录仪保存，以便分析、追溯、控制工艺质量；相机和光源安装在机床工作台上，二者配合用于工具电极首部锐化循环流程；运动控制卡由欧姆龙公司的PMAC系统构成，控制主轴头及附件和导向夹头在X、Y、Z、U轴上的直线和旋转运动；数据采集卡将得到的模拟电信号转换成数字信号以传输给工业计算机系统进行分析处理；运动控制卡和数据采集卡集成在工业计算机上。

4.根据权利要求1所述的一种电火花与电化学复合微细深孔加工系统，其特征在于，脉冲发生器产生高压和低压可控幅度和占空比的脉冲输出包括高压脉冲区域和低压脉冲区域；

用户在所述的工艺参数与人机界面系统中设置高压脉冲区域的参数，包括高压脉冲数量Ng，高压脉冲峰值Vg，高压脉冲宽度tg，高压脉冲周期Tg，高压脉冲区至低压脉冲区间隔时间Tgd；用户在所述的工艺参数与人机界面系统中设置低压脉冲区域的参数，包括低压脉冲的数量Nd，低压脉冲的峰值Vd，低压脉冲宽度td，低压脉冲周期Td，低压脉冲区至高压脉冲区间隔时间Tdg。