磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造技術(shù)中的特種加工領(lǐng)域，特指一種磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，Micro-electromechanical Systems)是指可批量制作，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。目前，微機(jī)電系統(tǒng)己在通信、新能源、生物醫(yī)療、航空航天、精密儀器等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。以玻璃為代表的絕緣硬脆材料，具有高硬度、耐化學(xué)腐蝕、透明和良好的生物相容性等優(yōu)良屬性，在MEMS中的微加速器、微反應(yīng)器、微型栗、醫(yī)療器械和光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多，但由于它們的硬脆性使得加工工藝性低下，傳統(tǒng)加工工藝很能難對其進(jìn)行微細(xì)加工。
[0003]目前針對這些材料的加工方法有激光加工、化學(xué)刻蝕、超聲加工、電解電火花加工等。激光加工效率高，但是其加工設(shè)備昂貴，并且被加工零件表面容易受熱影響而出現(xiàn)微裂紋等瑕疵?；瘜W(xué)刻蝕加工精度高，但是加工過程工藝復(fù)雜，腐蝕速率低，對環(huán)境要求高等限制了對其應(yīng)用的推廣。超聲加工適用于加工脆性材料，加工時，材料去除率高、表面完整性好，但是在其加工過程中由于機(jī)械力的作用容易導(dǎo)致被加工材料出現(xiàn)裂紋以及加工工具的快速損耗。電解電火花復(fù)合加工方法效率相對較高、裝置簡單、成本低、加工柔性好，對絕緣硬脆材料是一種有效的加工方法。
[0004]電解電火花復(fù)合加工是利用工具電極表面發(fā)生電解反應(yīng)形成氣膜層，使電極與溶液之間短期絕緣；當(dāng)工具電極和工作液之間電位差不斷增大至擊穿氣膜的放電電壓時，發(fā)生電火花放電，所產(chǎn)生的瞬間高溫和沖擊波作用于玻璃類絕緣材料表面，使材料被熱蝕去除。目前對于電解電火花復(fù)合加工運用較多的是對絕緣硬脆材料的孔加工。在孔加工中，電極的進(jìn)給方式對加工的結(jié)果有重要影響。通常采用恒力進(jìn)給方式，就是在工具電極和工件之間保持一個恒定的壓力，也就意味著工具電極和工件之間在加工時始終保持著接觸。恒力進(jìn)給中比較易于實現(xiàn)的是利用配重使電極和工件間保持恒定壓力，這種方法簡易有效。但重力進(jìn)給的缺點是:整個加工過程中電極和工件之間的壓力恒定，不能控制改變。當(dāng)材料厚度很小，或者隨著加工的進(jìn)行，剩余材料厚度很小時，材料可能會直接被壓力破壞，從而影響加工精度，并且機(jī)械結(jié)構(gòu)間的摩擦和阻尼使得控制精度受到影響，需要給予良好的潤滑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服上述的缺點，提出了一種磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工方法和裝置。利用磁場同性相斥的原理使得工件進(jìn)給、并和工具電極保持恒力接觸，同時通過將力傳感器檢測到的工具電極與工件的接觸力大小以及距離傳感器檢測到的工件被加工深度作為輸入信號，上傳到控制系統(tǒng)，來控制電解電火花加工的進(jìn)給過程。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0007]—種磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工裝置，其特征在于，包括電解電火花加工系統(tǒng)、工件垂直運動系統(tǒng)、力反饋和加工深度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
[0008]所述電解電火花加工系統(tǒng)包括機(jī)床、工作槽、可調(diào)脈沖電源、工具電極、輔助電極，所述工具電極連接所述可調(diào)脈沖電源負(fù)極，所述輔助電極連接所述可調(diào)脈沖電源正極，所述工作槽中能夠容納堿性溶液，所述機(jī)床位于工作槽的上方，所述工具電極裝在機(jī)床上、且工具電極的頭部位于所述工作槽內(nèi)；
[0009]所述垂直運動系統(tǒng)包括滑軌、滑塊、滑座、上電磁裝置、下電磁裝置，所述滑軌固定在所述工作槽的底面上、且垂直于工作槽的底面，所述滑座上表面設(shè)有用于夾持被加工工件的夾持裝置，所述滑塊安裝在所述滑座的側(cè)面且安裝在所述滑軌內(nèi)，所述上電磁裝置安裝在滑座內(nèi)，所述下電磁裝置安裝在滑軌底部，所述上電磁裝置與下電磁裝置能產(chǎn)生相向的同性磁場；
[0010]所述力反饋和加工深度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括力傳感器、距離傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)、數(shù)控穩(wěn)壓電源，所述力傳感器和所述距離傳感器與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述計算機(jī)相連，所述計算機(jī)與所述數(shù)控穩(wěn)壓電源相連，所述數(shù)控穩(wěn)壓電源還與所述上電磁裝置和所述下電磁裝置相連；所述力傳感器安裝在所述機(jī)床的Z軸上，所述距離傳感器固定在滑軌上方，并且在加工過程中所述距離傳感器的頂針和所述滑座上表面保持接觸。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述被加工工件為絕緣硬脆材料，所述工具電極為碳化鎢電極，所述輔助電極為石墨電極，所述可調(diào)脈沖電源電壓O?60V、頻率I?5000Hz、占空比O?100%。
[0012]優(yōu)選地，所述滑軌、滑塊的數(shù)量均為兩個，兩個滑軌相向設(shè)置，所述下電磁裝置位于兩個滑軌之間，兩個滑塊分別裝在所述滑座相對的兩個面上、并分別裝于所述兩個滑軌中。
[0013]磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0014](I)將被加工工件安裝在滑座上，并用滑座上的夾持裝置固定；所述工作槽中注入堿性溶液，使所述工具電極的頭部位于堿性溶液液面以下2mm處；將工具電極安裝在機(jī)床上，力傳感器安裝在機(jī)床的Z軸上、且位于工具電極上方；
[0015](2)將數(shù)控穩(wěn)壓電源與上電磁裝置和下電磁裝置相連，由計算機(jī)控制數(shù)控穩(wěn)壓電源輸出電壓；上電磁裝置與下電磁裝置由所述數(shù)控穩(wěn)壓電源加載電壓后發(fā)出相向的同性磁場，兩磁場同性相斥產(chǎn)生推力推動滑座向上，滑座帶動被加工工件向上進(jìn)給并和工具電極接觸，產(chǎn)生接觸力；
[0016](3)在計算機(jī)中設(shè)立數(shù)據(jù)庫，對應(yīng)所述工件的被加工深度的不同，設(shè)置不同的接觸壓力；
[0017](4)所述力傳感器檢測所述工具電極和所述工件之間的接觸壓力，并將數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)上傳計算機(jī)；
[0018](5)所述計算機(jī)將檢測到的接觸壓力與數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的接觸壓力比較，若所述檢測到的接觸壓力小于數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的接觸壓力，則所述計算機(jī)控制所述數(shù)控穩(wěn)壓電源增大輸出電壓；使上電磁裝置與下電磁裝置之間的斥力增大，增大工件與電極的接觸壓力；若所述檢測到的接觸壓力大于數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的接觸壓力，則所述計算機(jī)控制所述數(shù)控穩(wěn)壓電源減小輸出電壓，使上電磁裝置與下電磁裝置之間的斥力減小，減小工件與電極的接觸壓力；直至所述檢測到的接觸壓力等于數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的接觸壓力；
[0019](6)所述機(jī)床的Z軸帶動所述工具電極旋轉(zhuǎn)，可調(diào)脈沖電源在工具電極和輔助電極之間加載電壓并超過臨界電壓以后，構(gòu)成電解電火花回路產(chǎn)生火花放電刻蝕所述工件，在刻蝕過程中，距離傳感器實時檢測所述工件的被加工深度，力傳感器實時檢測所述工具電極和所述工件之間的接觸壓力，并分別將實時檢測到的加工深度和接觸壓力輸出至所述數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將實時檢測到的加工深度和接觸壓力數(shù)據(jù)上傳所述計算機(jī)；
[0020](7)所述計算機(jī)將實時檢測到的加工深度與所述數(shù)據(jù)庫對照，確定所述該實時加工深度下對應(yīng)的接觸壓力；所述計算機(jī)根據(jù)實時檢測到的接觸壓力，進(jìn)行步驟(5)所述的步驟控制所述數(shù)控穩(wěn)壓電源改變輸出電壓，調(diào)節(jié)工具電極與工件之間的接觸力；
[0021](8)重復(fù)步驟(6)、(7)，直至所述工件被加工深度達(dá)到目標(biāo)深度。
[0022]優(yōu)選地，步驟(6)中，所述機(jī)床的Z軸帶動所述工具電極旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為O?5000rpmo
[0023]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是:
[0024]1.構(gòu)建磁力進(jìn)給系統(tǒng)，給上電磁裝置與下電磁裝置加載電壓后發(fā)出相向的同性磁場，兩磁場同性相斥產(chǎn)生推力推動滑座向上，向上的滑座帶動工件向上進(jìn)給。
[0025]2.構(gòu)建力反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由力傳感器實時檢測工具電極和工件之間的接觸力，數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)并上傳計算機(jī)，由計算機(jī)進(jìn)行分析比較并調(diào)節(jié)數(shù)控穩(wěn)壓電源輸出電壓。
[0026]3.構(gòu)建加工深度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由距離傳感器實時檢測工件的被加工深度，數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)并上傳計算機(jī)，計算機(jī)將檢測到的加工深度和數(shù)據(jù)庫對照，確定所述加工深度下對應(yīng)的接觸壓力，并由計算機(jī)調(diào)節(jié)數(shù)控穩(wěn)壓電源輸出電壓。
[0027]本發(fā)明有益效果是:
[0028]1.通過磁力進(jìn)給系統(tǒng)，使工件和工具電極在同性磁場排斥力作用下始終保持接觸，并且利用力反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，精確控制工具電極和工件間接觸力大小，避免接觸力過小而引起的加工速率減慢或接觸力過大而造成工件被加工表面加工質(zhì)量的下降。
[0029]2.本磁力進(jìn)給系統(tǒng)中，滑座側(cè)面安裝兩對相向設(shè)置的高精度滑塊和滑軌，避免了采用單滑軌時產(chǎn)生的傾覆力，最大程度上減小了摩擦和阻尼，提高了控制精度。
[0030]3.通過加工深度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以實時檢測工件的加工深度，并能夠根據(jù)加工深度的要求調(diào)節(jié)接觸力大小，從而避免當(dāng)工件厚度很小，或者隨著加工的進(jìn)行，剩余工件厚度很小時，工件被壓力破壞的風(fēng)險，提高工件的表面加工質(zhì)量。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明所述磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]附圖標(biāo)記說明如下:
[0033]1-計算機(jī)，2-數(shù)據(jù)采集卡，3-溶液，4-工作槽，5-數(shù)控穩(wěn)壓電源，6_上電磁裝置，7-滑座，8-距離傳感器，9-機(jī)床，10-力傳感器，11-可調(diào)脈沖電源，12-工具電極，13-被加工工件，14-滑塊，15-滑軌，16-輔助電極，17-下電磁裝置，18-磁場。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明所述的磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工裝置，用于加工絕緣硬脆材料，包括電解電火花加工系統(tǒng)、工件垂直運動系統(tǒng)、力反饋和加工深度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述電解電火花加工系統(tǒng)包括機(jī)床9、工作槽4、可調(diào)脈沖電源11、工具電極、輔助電極16，所述工具電極連接所述可調(diào)脈沖電源11負(fù)極，所述輔助電極16連接所述可調(diào)脈沖電源11正極，所述工作槽4中能夠容納堿性溶液3，所述機(jī)床9位于工作槽4的上方，所述工具電極裝在機(jī)床9上、且工具電極的頭部位于所述工作槽4內(nèi)。在使用時，所述工作槽4中注入堿性溶液3，使所述工具電極的頭部位于堿性溶液3液面以下2mm處。所述工具電極為碳化鎢電極，所述輔助電極16為石墨電極，所述可調(diào)脈沖電源11電壓O?60V、頻率I?5000Hz、占空比 O ?100%。
[0036]本發(fā)明磁力進(jìn)給式電解電火花復(fù)合加工裝置中，所述垂直運動系統(tǒng)包括滑軌15、滑塊14、滑座7、上電磁裝置6、下電磁裝置17，所述滑軌15固定在所述