超聲振動輔助電火花銑削加工技術與機理研究.pdf

1、與天津大學、清華大學等單位聯(lián)合研究開發(fā)五軸聯(lián)動復合加工機床，其中超聲振動輔助電火花銑削系統(tǒng)主要包括機床進給系統(tǒng)、超聲模塊、電源及其控制、間隙狀態(tài)控制、路徑規(guī)劃、電極損耗在線補償?shù)取?br>　　 研究開發(fā)數(shù)控高頻脈沖電源，通過間隙電壓采集系統(tǒng)實現(xiàn)放電狀態(tài)的監(jiān)測，基于分層加工策略設計加工路徑存儲數(shù)據結構，實現(xiàn)主軸的原軌跡回退，并支持斷點恢復。電源控制系統(tǒng)集成工藝數(shù)據庫，實現(xiàn)加工數(shù)據的管理。電極損耗在線檢測與補償策略實現(xiàn)電極損耗的實時補償，

2、通過路徑規(guī)劃策略對電極損耗和電極直徑偏置進行補償，獲得較高的加工尺寸精度和形狀精度。
　　 系統(tǒng)研究了電火花加工機理，包括放電通道的形成與擴展、材料的去除機理、極性效應等。明確了電火花加工放電通道的形成與擴展機理，對放電通道的形成與擴展起主要作用是自由電子，由于離子的遷移率相對于電子較小，對放電通道的形成與擴展貢獻不明顯。討論了基準電壓、開路電壓、極值電流、脈寬與脈間等放電參數(shù)對放電通道擴展的影響，建立了放電通道擴展的數(shù)學模型。

3、
　　 研究了極性效應對電極積炭保護、表面粗糙度、材料去除率的影響。電極表面的碳主要來源于工作液的分解和工件材料中的碳元素，部分碳元素在放電爆炸力作用下穿過放電間隙附著在電極表面形成積炭保護，部分碳元素則在放電通道作用下成為碳離子向陰極移動，正極性加工時形成積炭保護。
　　 系統(tǒng)研究了超聲振動對電火花加工過程的影響。超聲振動能量不能附加到脈沖放電能量中，但超聲振動可以增大脈沖放電的區(qū)間、減小電弧放電與短路、增加熔融材料的

4、拋出、減小工作液的擊穿電壓，從而增加材料去除率，提高加工效率。
　　 根據電火花加工和超聲振動輔助電火花加工的能量與表面粗糙度形成理論，建立了放電參數(shù)與工件表面粗糙度Ra值的數(shù)學關系。根據電火花單脈沖放電與電火花加工的理論關系以及表面粗糙度Ra值的定義，建立了電脈沖放電凹坑尺寸與加工表面粗糙度的數(shù)學模型，反映表面粗糙度Ra值隨凹坑直徑與深度的變化趨勢。基于試驗數(shù)據分析加工表面粗糙度Ra值隨各放電參數(shù)的變化規(guī)律，加工表面粗糙度Ra

5、值隨基準電壓的升高而降低，隨極值電流的升高而升高，隨脈寬的增大而增大。脈間值對加工表面的粗糙度值Ra值無影響，脈間值太小無法滿足消電離條件時由于電弧率的提高，表面粗糙粗Ra值會出現(xiàn)降低現(xiàn)象。負極性加工表面普遍優(yōu)于正極性加工表面，超聲振動輔助加工表面普遍優(yōu)于無超聲振動輔助加工的表面。
　　 對超聲振動輔助電火花銑削加工技術進行了系統(tǒng)的研究。仿真研究了極性效應對放電率和加工效率的影響，負極性加工時放電間隙比正極性小，其放電率也比正極

6、性高。在電火花成型加工機床上對仿真研究結果進行了實驗驗證，驗證了極性對加工效率的影響規(guī)律。理論分析并建立了材料去除率與放電參數(shù)之間的數(shù)學關系模型。進行了超聲振動輔助電火花銑削45鋼正交試驗，正交分析和回歸分析研究了超聲振動對各參數(shù)的影響。對工具電極施加超聲振動后，加工效率提高，電極損耗率降低，相對電極損耗降低。
　　 實驗研究了超聲振動輔助電火花銑削加工工程陶瓷，研究了超聲振動與放電參數(shù)對材料去除率、電極損耗率、相對電極損耗的影

7、響，結果表明，超聲振動對加工效率的提高非常明顯。陶瓷材料中熔點和沸點較高的碳化鈦和碳化鎢以固熔體的形式析出，致使材料表面碳含量不均勻，并影響其電阻。加工過程中TiC與WC與去離子水電離產生的氧發(fā)生氧化反應生成不導電、硬度相對較低的TiO2和WO3，并在材料表面析出，降低了陶瓷材料表面的導電性。在嚴重燒傷表面，TiC和WC被完全氧化，其表面基本絕緣，無法繼續(xù)進行電火花加工，會導致撞刀現(xiàn)象的發(fā)生，損壞電極和工件。對材料去除率影響最大的參數(shù)是

8、極值電流，電火花銑削加工工程陶瓷材料時，去除方式除了熔化、氣化、拋出之外，由于陶瓷材料的脆性，崩裂也是材料的去除方式之一。低極值電流加工時，材料的去除方式以崩裂為主，熔化、氣化為輔。隨著加工極值電流的增大，氧化還原反應、熔化與拋出為材料去除的主要方式，加工表面不再存在崩裂痕。
　　 應用Ansys對放電間隙電場進行仿真分析，應用Fluent對放電間隙流場進行仿真分析。建立了雙針狀電極仿真模型并進行仿真分析，兩個針狀電極的尖端都出