超聲振動(dòng)輔助電火花銑削加工技術(shù)與機(jī)理研究.pdf

1、與天津大學(xué)、清華大學(xué)等單位聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)五軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合加工機(jī)床，其中超聲振動(dòng)輔助電火花銑削系統(tǒng)主要包括機(jī)床進(jìn)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(bǔ)償?shù)取?br>　　 研究開(kāi)發(fā)數(shù)控高頻脈沖電源，通過(guò)間隙電壓采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)放電狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，基于分層加工策略設(shè)計(jì)加工路徑存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主軸的原軌跡回退，并支持?jǐn)帱c(diǎn)恢復(fù)。電源控制系統(tǒng)集成工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的管理。電極損耗在線檢測(cè)與補(bǔ)償策略實(shí)現(xiàn)電極損耗的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，

2、通過(guò)路徑規(guī)劃策略對(duì)電極損耗和電極直徑偏置進(jìn)行補(bǔ)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(jī)理，包括放電通道的形成與擴(kuò)展、材料的去除機(jī)理、極性效應(yīng)等。明確了電火花加工放電通道的形成與擴(kuò)展機(jī)理，對(duì)放電通道的形成與擴(kuò)展起主要作用是自由電子，由于離子的遷移率相對(duì)于電子較小，對(duì)放電通道的形成與擴(kuò)展貢獻(xiàn)不明顯。討論了基準(zhǔn)電壓、開(kāi)路電壓、極值電流、脈寬與脈間等放電參數(shù)對(duì)放電通道擴(kuò)展的影響，建立了放電通道擴(kuò)展的數(shù)學(xué)模型。

3、
　　 研究了極性效應(yīng)對(duì)電極積炭保護(hù)、表面粗糙度、材料去除率的影響。電極表面的碳主要來(lái)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(guò)放電間隙附著在電極表面形成積炭保護(hù)，部分碳元素則在放電通道作用下成為碳離子向陰極移動(dòng)，正極性加工時(shí)形成積炭保護(hù)。
　　 系統(tǒng)研究了超聲振動(dòng)對(duì)電火花加工過(guò)程的影響。超聲振動(dòng)能量不能附加到脈沖放電能量中，但超聲振動(dòng)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(jù)電火花加工和超聲振動(dòng)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(xué)關(guān)系。根據(jù)電火花單脈沖放電與電火花加工的理論關(guān)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(xué)模型，反映表面粗糙度Ra值隨凹坑直徑與深度的變化趨勢(shì)?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)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(zhǔn)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(duì)加工表面的粗糙度值Ra值無(wú)影響，脈間值太小無(wú)法滿足消電離條件時(shí)由于電弧率的提高，表面粗糙粗Ra值會(huì)出現(xiàn)降低現(xiàn)象。負(fù)極性加工表面普遍優(yōu)于正極性加工表面，超聲振動(dòng)輔助加工表面普遍優(yōu)于無(wú)超聲振動(dòng)輔助加工的表面。
　　 對(duì)超聲振動(dòng)輔助電火花銑削加工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。仿真研究了極性效應(yīng)對(duì)放電率和加工效率的影響，負(fù)極性加工時(shí)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(jī)床上對(duì)仿真研究結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了極性對(duì)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(xué)關(guān)系模型。進(jìn)行了超聲振動(dòng)輔助電火花銑削45鋼正交試驗(yàn)，正交分析和回歸分析研究了超聲振動(dòng)對(duì)各參數(shù)的影響。對(duì)工具電極施加超聲振動(dòng)后，加工效率提高，電極損耗率降低，相對(duì)電極損耗降低。
　　 實(shí)驗(yàn)研究了超聲振動(dòng)輔助電火花銑削加工工程陶瓷，研究了超聲振動(dòng)與放電參數(shù)對(duì)材料去除率、電極損耗率、相對(duì)電極損耗的影

7、響，結(jié)果表明，超聲振動(dòng)對(duì)加工效率的提高非常明顯。陶瓷材料中熔點(diǎn)和沸點(diǎn)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(guò)程中TiC與WC與去離子水電離產(chǎn)生的氧發(fā)生氧化反應(yīng)生成不導(dǎo)電、硬度相對(duì)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(dǎo)電性。在嚴(yán)重?zé)齻砻?，TiC和WC被完全氧化，其表面基本絕緣，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行電火花加工，會(huì)導(dǎo)致撞刀現(xiàn)象的發(fā)生，損壞電極和工件。對(duì)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(shí)，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(shí)，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(yīng)、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(yīng)用Ansys對(duì)放電間隙電場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，應(yīng)用Fluent對(duì)放電間隙流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析。建立了雙針狀電極仿真模型并進(jìn)行仿真分析，兩個(gè)針狀電極的尖端都出