[其他]聚晶金刚石电火花超声波复合加工设备

说明书

本发明涉及一种聚晶金刚石电火花超声波复合加工装置，属于超硬材料的加工领域。

聚晶金刚石是一种新型超硬材料，其硬度与天然金刚石相近，耐磨度比天然金刚石还好，是制造拉丝模、刀具、钻头等多种工具的理想材料。由于聚晶金刚石超硬耐磨难于成型加工，因此世界各国都重视研究该材料的加工技术和设备。1984年北京市电加工研究所发明了《聚晶金刚石工具电火花加工技术》，解决了聚晶金刚石材料粗中加工技术，获得了国家发明二等奖并在1985年第十三届日内瓦国际发明与新技术展览上获银奖。但是并没有解决聚晶金刚石材料的精加工难题。到目前为止，聚晶金刚石材料的精加工大都采用超声波研磨或单纯机械研磨的加工方式，如美国专利US4063542介绍了一种在旋转工作台上用加超声的针研磨金刚石工具的方法，这种方法已成为世界上研磨金刚石工具的主要方法。这种超声波研磨或机械研磨的方法，不但加工效率低，而且金刚石磨料消耗大，加工成本高。

本发明的目的是提供一种电火花超声波复合加工设备，综合电火花加工与超声波加工的优点，不但提高加工聚晶金刚石材料的效率和表面光洁度，而且节省大量的金刚石磨料。也可加工其它超硬材料，

如工业陶瓷等。

本发明的原理：由超声波正弦振荡器1产生20KHZ～30KHZ的正弦振荡信号，经超声波前置放大器2、超声波功率放大器3的放大后送入超声换能器4，将电信号转换为超声频机械振动并传到工具5上。这时工具5就相对工件10作超声机械振动。同时通过超声波前置放大器2将超声频信号送入调制电路6，并通过调制电路6调制高频窄脉冲振荡器7，使之在超声换能器4伸长时，高频窄脉冲振荡器停止工作，工具5在磨料作用下加工工件;在超声换能器缩短时，高频窄脉冲振荡器器7发出频率在0.1MHZ～1.5MHZ，脉冲宽度在0.2μs～2μs脉冲信号，该信号经前置放大器8和MOS功率放大器9的放大，形成峰值电流在5A～50A之间的电火花加工脉冲，送到工具5和工件10之间进行电火花脉冲放电加工。该脉冲的频率、脉冲宽度和峰值电流，可根据加工工件的不同人工设定。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.综合了超声波与电火花加工的优点，加工聚晶金刚石比单纯超声波加工效率提高2～5倍。并节省金刚石磨料。

2.采用超声频调制电火花加工的方式，大大减少短路电流，提高加工效率，并节约了电能。

3.专用的高频窄脉冲高峰值电流的脉冲电源，实现了有生产实际意义的高光洁度加工。

图1是本发明聚晶金刚石电火花超声波复合加工设备的原理方框图。

图2是本发明聚晶金刚石电火花超声波复合加工设备的高频窄脉冲发生器及调制电路原理图。

图1、图2给出了本发明的实施例，结合图进一步描述本发明。超声波发生器由超声波正弦振荡器、超声波前置放大器、超声波功率放大器和超声换能器组成;脉冲发生器由高频窄脉冲振荡器、前置放大器和MOS功率放大器组成。由超声波前置放大器2，引出超声频正弦信号。电压比较器IC5、光电耦合器T₂及电阻R₁₃～R组成的调制电路。电压比较器的两输入端，其一接经过电阻R₁₃的超声频信号，其二为经电阻R₁₄、R₁₅分压的基准电压。该电压比较器的输出接光电耦合器T₂。该光电耦合器输出一与超声频正弦信号相位为Kπ的脉冲调制信号，其中K的选取根据超声换能器形式的不同而选取0或1，以保证调制脉冲在超声换能器4缩短时有效（为高电平）。通过上述调制信号来控制IC3的复位端3。集成电路IC1、IC2、IC3，电阻R₁～R，电容C₁和C₂组成了高频窄脉冲振荡器。其中IC1、IC2为模拟门电路，IC3为双单稳多谐振荡器电路。当IC3复位端3为高电平时，IC3工作并发出一系列高频窄脉冲信号并送入前置放大器IC4，当IC3复位端3为低电平时，IC3输出为高电平、IC4输出为低电平，无脉冲发出，由此实现了超声波调制电火花脉冲电源的目的。前置放大器IC4的作用是将IC3的输出信号变换成驱动功率管T₄所需电平的脉冲信号，同时这个脉冲的上升、下降沿小于20ns。