基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形方法与装置

摘要

本发明公开了一种基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形方法与装置，包括正交超声振动系统、超声振子固定仓、工作台调平结构以及密封结构。两个超声振子的轴线夹角为90°，超声振子通过螺纹与工作台连接，经法兰盘固定在超声振子固定仓内，焊接在振子换能器上的导线经超声振子固定仓尾部的出线孔与外部的二维超声波电源相连，电极丝沿切向振子的轴向方向进给，在空间内形成沿进给方向交错的椭圆轨迹，使加工表面形成具有凹坑的微细表面结构。该装置结构紧凑，不需要改造机床，电极丝在加工时与工件周期性分离，且超声作用于工作液中会产生空化效应，有利于废屑的排出，有效减少断丝率，提高加工效率，在工件表面形成微织构以提高使用性能。

说明书

技术领域

本发明涉及超声电火花复合加工技术领域，特别是涉及一种基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形方法与装置。

背景技术

随着科学技术的进步，新型材料不断涌现，针对某些导电导热不均匀、多相参杂的材料，传统的电火花线切割技术已经不能满足加工的要求。特别在微细电火花加工领域，由于放电间隙小，电极丝与工件连续接触，排屑困难，极易发生短路，断丝等不良现象，导致加工效率低，产品精度差等问题。

基于椭圆振动的超声辅助电火花线切割技术是将高频超声椭圆振动与电火花线切割技术相复合，在加工过程中，可以在工件材料表面形成具有规律可控的微细表面结构，提高工件的使用性能，同时改善电极丝与工件的接触环境，提高加工稳定性，获得更高的加工精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理，操作简单，加工能力强的一种基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形方法与装置。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形方法与装置，主要由正交超声振动系统、超声振子固定仓、工作台调平结构以及密封结构组成。其中正交超声振动系统包括两个半波长锥形变幅杆、压电陶瓷换能器、二维超声波电源；半波长变幅杆与压电陶瓷换能器经螺纹连接后形成超声振子，焊接在压电陶瓷换能器上的导线经固定仓尾部的出线孔与外部的二维超声波电源相连，通过电源可以调节两振子之间的相位差；压帽将变幅杆节点处的法兰盘压入到振子固定仓，两个振子的轴线夹角为90°；振子与工作台采用分离式设计，变幅杆小端面开有螺纹孔，与工作台对应的螺纹孔连接，固定仓与底座螺纹连接实现固定。要求振动系统中所有的连接面配合紧密，减少能量的损失，振子固定仓第一端面要留有0.3mm左右的余量，使压入后的法兰盘始终稍高于固定仓第一端面，保证法兰盘得到正确的约束。

在两振子轴线所组成的平面上，设定切向振子的轴线方向为X向，X正向为切向振子变幅杆大端面指向小端面，纵向振子的轴线方向为Y向，电极丝的轴向方向为Z向；以椭圆振动的工件为参考系，电极丝在X向的运动轨迹方程为切向振子与进给运动的复合，即X=V

所述的工作台调平结构包括三个有双头螺纹的调平螺柱，螺柱中部铣有平面，底部端面开有十字沟槽；装置底座开有与调平螺柱对应的三个螺纹通孔，工作台底部开有与之对应的三个螺纹盲孔，通过调节三个螺柱的位置，使工作台水平度达到加工要求。工作台开有两种规格的通孔，两种通孔之间孔间距不同，工作台边部设有V型槽，以适应不同形状、尺寸的工件装夹。

所述的密封结构包括三部分：法兰密封，振子固定仓密封及出线孔密封。振子变幅杆的法兰盘在圆周上开有环槽，环槽槽深要求小于O型密封圈的线径，大于其二分之一，宽度要求稍大于线径；振子固定仓第一端面设有环槽，环槽槽深要求为O型密封圈线径的1.5倍，环槽宽度要求稍小于线径；压帽第一端面将振子上的法兰压入振子固定仓内，经螺纹实现刚性约束，法兰盘环槽上的密封圈被固定仓内壁压紧，与固定仓环槽对应的压帽第二端面将密封圈压入槽内；导线从振子固定仓出线孔引出，在出线孔处涂敷密封胶，实现装置密封。

本发明的有益效果是：

1.本发明利用椭圆振动基本原理，将椭圆振动与电极丝进给方向相复合，在平面内形成沿进给方向交错的椭圆运动轨迹，调节振幅、超声频率、进给速度、两振子之间的相位差以获得不同离心率，偏心角度，单位时间内椭圆交错密度以及沟纹宽度和深度等特征，椭圆之间交错形成的微细边界沟纹在加工后工件表面复映可得到规律可控的微细表面结构，提高工件的使用性能。

2.本发明将超声加工技术与线切割技术相复合，超声作用在液体中会产生空化效应，以及椭圆振动的回程动作都将极大改善电极丝与工件的接触环境，减少断丝率，提高加工稳定性，获得更高的加工精度。

3.本发明结构设计合理紧凑，占用空间小，操作简单，易于推广实施，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形装置的结构示意图之一。

图2为基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形装置的结构示意图之二。

图3为基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形装置的结构示意图之三。

图4为超声振子结构示意图。

图5为振子固定仓结构示意图之一。

图6为振子固定仓结构示意图之二。

图7为微调节螺纹结构示意图。

图8为压帽结构示意图。

图9为工作台结构示意图。

具体实施方式

说明书附图中的附图标记包括：1、支撑臂，2、工作上臂，3、工件，4、压板，5、工作台，6、纵向振子，7、二维超声波电源，8、工作下臂，9、电极丝，10、底座，11、出线孔，12、振子固定仓，13、切向振子，14、导线，15、压帽，16、压帽第一端面，17、压帽第二端面，18、振子固定仓第一端面，19、固定螺纹通孔，20、T型螺栓，21、压电陶瓷换能器，22、法兰密封环槽，23、半波长锥形变幅杆，24、螺纹盲孔，25、振子固定仓内腔，26、密封环槽，27、法兰固定腔，28、十字沟槽，29、螺纹，30、螺纹孔，31、微调盲孔，32、两种尺寸规格的通孔，33、V型槽。

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述：一种基于椭圆振动的超声辅助线切割微织构成形装置的结构示意图如图1、图2、图3所示，包括正交超声振动系统、超声振子固定仓、工作台调平结构以及密封结构。正交超声振动系统由两个半波长锥形变幅杆23、压电陶瓷换能器21、二维超声波电源7构成；半波长变幅杆23与压电陶瓷换能器21经螺纹连接后形成超声振子，焊接在压电陶瓷换能器21上的导线14经振子固定仓12尾部的出线孔11与外部的二维超声波电源7相连，压帽15将变幅杆23节点处的法兰盘压入到振子固定仓12内，要求两个振子的轴线夹角为90°；超声振子与工作台5采用分离式设计，半波长锥形变幅杆23小端面开有螺纹盲孔24，与工作台5对应的螺纹孔30连接，振子固定仓12与底座10螺纹连接。要求振动系统中所有的连接面配合紧密，减少能量的损失；振子固定仓第一端面18留有0.3mm左右的余量，使压入后的振子法兰盘始终稍高于振子固定仓第一端面18，以保证法兰盘得到正确的约束。

振子变幅杆的法兰盘在圆周上开有环槽，法兰密封环槽22槽深要求小于O型密封圈的线径，大于其二分之一，宽度要求稍大于线径；振子固定仓第一端面18设有密封环槽26，槽深要求稍大于O型密封圈线径的1.5倍，宽度稍小于线径；压帽第一端面16将变幅杆上的法兰压入振子固定仓12内，经螺纹实现刚性约束，套在法兰密封环槽22上的密封圈被固定仓内壁压紧，与固定仓内密封环槽26对应的压帽第二端面17将密封圈压入槽内；导线14从出线孔11引出，在出线孔11处涂敷密封胶，实现装置密封。

微调螺栓从底座10处的螺纹通孔拧入工作台微调盲孔31，将工件3放置工作台5上，根据工件3的尺寸及形状，选择不同的孔径，通过螺栓使压板4将工件3夹紧。工件装夹后，利用千分尺查看工作台5的水平度，调节三个微调螺栓使工作台5达到允许的公差范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。