改善氧化膜質(zhì)量的超聲elid復(fù)合平面磨削系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)，包括機(jī)床主軸系統(tǒng)、線修整裝置、砂輪整形裝置和二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)；還包括有設(shè)置在機(jī)床主軸上的超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)和設(shè)置在線修整裝置末端的間隙調(diào)整裝置和用于實(shí)時(shí)控制氧化膜狀態(tài)的系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)；超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)中縱扭超聲振動(dòng)變幅器小端設(shè)置有斜槽，且斜槽沿圓周均勻分布，斜槽與主軸軸線夾角為45°。本實(shí)用新型在立式加工中心主軸上加裝超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)，由超聲振動(dòng)無(wú)線傳輸系統(tǒng)將超聲能量傳至縱扭超聲振動(dòng)變幅器，其中縱扭超聲振動(dòng)變幅器一端開(kāi)設(shè)有斜槽，實(shí)現(xiàn)鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪縱向與扭轉(zhuǎn)同時(shí)振動(dòng)。
【專利說(shuō)明】
改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及硬脆材料的高效精密加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，材料技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，陶瓷材料以其優(yōu)異的綜合性能，成為最有發(fā)展前途的硬脆材料之一。然而，由于陶瓷材料的結(jié)合鍵類型通常為離子鍵或共價(jià)鍵，結(jié)合鍵的鍵能較高并具有方向性，并且由于工程陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在常溫下很難發(fā)生滑移、位錯(cuò)及塑性變形，使成形后加工成為技術(shù)難題和研究熱點(diǎn)。目前針對(duì)納米復(fù)相陶瓷材料加工，超聲振動(dòng)磨削技術(shù)和在線電解修整技術(shù)應(yīng)用相對(duì)比較廣泛，但將兩者加工方式結(jié)合在一起，共同加工納米復(fù)相陶瓷材料的研究較少。
[0003]目前針對(duì)超聲振動(dòng)磨削的研究，大多局限于一維、二維超聲振動(dòng)磨削，并且一維超聲振動(dòng)主要集中在對(duì)工具頭施加軸向或縱向振動(dòng)，二維超聲振動(dòng)主要集中在對(duì)工件施加橢圓振動(dòng)。將工具振動(dòng)與工件振動(dòng)相結(jié)合的多維振動(dòng)形式甚少。
[0004]在線電解修整參與的磨削中，金屬結(jié)合劑砂輪表面的氧化膜的狀態(tài)非常重要，直接影響了被加工表面的表面質(zhì)量，若氧化膜生成速率過(guò)慢，氧化膜質(zhì)地較厚且緊實(shí)，動(dòng)態(tài)磨削時(shí)磨鈍的金剛石顆粒不能及時(shí)地從金屬基體脫離，會(huì)造成單顆磨粒磨削力增大，從而導(dǎo)致局部過(guò)熱，對(duì)被加工表面造成熱損傷。若氧化膜生成速率過(guò)快，氧化膜質(zhì)地較厚且松軟，氧化膜對(duì)磨粒的把持力減弱，動(dòng)態(tài)磨削時(shí)在磨削力作用下較容易從砂輪剝落，給砂輪表面造成較大凹坑和裂紋，引起磨削力的變化，磨削過(guò)程不穩(wěn)定，降低了被加工表面的表面質(zhì)量，剝落的磨粒和氧化膜會(huì)隨磨削液進(jìn)入磨削區(qū)，造成被加工表面的污染，故合理地控制氧化膜狀態(tài)對(duì)復(fù)合磨削加工有重要意義。
[0005]極間間隙一定范圍內(nèi)(0.5mm-1.5mm)的調(diào)整對(duì)氧化膜狀態(tài)變化影響較顯著，故控制極間間隙大小作為一種控制氧化膜狀態(tài)的高效控制策略。
[0006]多傳感器信息融合指協(xié)同使用多種傳感器并將各種傳感信息有效結(jié)合為一體，形成高性能感知系統(tǒng)來(lái)獲取對(duì)環(huán)境的一致性描述的過(guò)程。任何一種傳感器都有其優(yōu)越性和局限性。但通過(guò)采集各種傳感器傳遞的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)識(shí)別、判斷及控制。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的是提供改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)，能夠?qū)⒊曊駝?dòng)磨削與ELID磨削優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)硬脆材料的高效、鏡面加工。
[0008]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0009]改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)，包括設(shè)置在機(jī)床工作臺(tái)10上的機(jī)床主軸系統(tǒng)1、設(shè)置在機(jī)床主軸1-1兩側(cè)的用于實(shí)現(xiàn)在線電解修整砂輪的在線修整裝置4、用于保證砂輪表面形狀精度的砂輪整形裝置9和用于實(shí)現(xiàn)被加工工件橢圓振動(dòng)的二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)3;還包括有設(shè)置在機(jī)床主軸1-1上的超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)3和設(shè)置在線修整裝置4末端的間隙調(diào)整裝置5和用于實(shí)時(shí)控制氧化膜狀態(tài)的系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)6;超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)2包括縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器1-7，縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8及鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9，所述縱扭超聲振動(dòng)變幅器小端設(shè)置有斜槽1-10，且斜槽1-10沿圓周均勻分布，斜槽與主軸軸線夾角為45° ；
[0010]所述機(jī)床主軸系統(tǒng)I包括套設(shè)在機(jī)床主軸1-1下端外面的工具頭固定架1-4，機(jī)床主軸1-1的下端部同軸連接有刀柄1-2，刀柄1-2下端與工具頭固定架1-4連接；
[0011]工具頭固定架1-4外圓周套設(shè)有通過(guò)緊固螺釘連接的上感應(yīng)盤1-5和下感應(yīng)盤1-6，上感應(yīng)盤1-5通過(guò)正負(fù)極導(dǎo)線與多通道超聲波發(fā)生器8相連，上感應(yīng)盤(1-5)外圓周設(shè)有通過(guò)緊固螺釘連接的上感應(yīng)盤支撐架1-3，上感應(yīng)盤支撐架1-3通過(guò)緊固螺釘與在線修整裝置4連接；
[0012]下感應(yīng)盤1-6下依次設(shè)置有縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器1-7，縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8及鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9;所述的縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器1-7與縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8通過(guò)雙頭螺柱連接上下連接，縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8下端螺紋連接鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9;
[0013]所述二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)3包括固定支板2-1，固定支板2-1上設(shè)置有直角載物板2-5，直角載物板2-5兩個(gè)端部分別固定設(shè)置有一個(gè)縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7，一個(gè)變幅器保持架2-3，一個(gè)縱向超聲振動(dòng)換能器2-4;變幅器保持架2-3通過(guò)緊固螺釘垂直固定于固定支板2-1，縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7通過(guò)法蘭盤及螺釘固定在變幅器保持架2-3上，直角載物板2-5與縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7以雙頭螺柱同軸向連接，縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7與縱向超聲振動(dòng)換能器2-4通過(guò)雙頭螺柱相連接；
[0014]所述的間隙調(diào)整裝置5包括通過(guò)緊固螺釘水平固定設(shè)置在陰極支撐架4-4末端絕緣板4-5兩側(cè)的高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1和滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌5-2，高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1放置在遠(yuǎn)離鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9的一側(cè)，滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌5-2放置在靠近鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9 一側(cè);滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌5-2上滑動(dòng)設(shè)置有塑膠滑臺(tái)5-3，所述的塑膠滑臺(tái)5-3上固定設(shè)置有螺母5-6，高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1的輸出軸固定設(shè)置有與螺母5-6滑動(dòng)配合的滾珠絲杠5-7，激光位移傳感器位于銅電極5-4幾何中心且位置正對(duì)加工中心主軸1-1中心線處設(shè)置的孔洞中；
[0015]所述塑膠滑臺(tái)5-3末端通過(guò)緊固螺釘固定塑膠半套5-5和銅電極5-4，保證銅電極5-4母線與鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9軸線的平行度，所述的銅電極5-4幾何形狀為三分之一環(huán)形截面的柱體。所述的銅電極5-4幾何中心且位置正對(duì)加工中心主軸1-1中心線處設(shè)置有孔洞，孔洞用于放置激光位移傳感器和可視傳感器；
[0016]所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)6包括分別用于搜集動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中回路中電流和電壓實(shí)時(shí)變化值的霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器，用于測(cè)量動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中三向磨削力實(shí)時(shí)變化的Kislter三向測(cè)力儀12，用于測(cè)量鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9與銅電極5-4間距的激光位移傳感器，用于采集氧化膜表面實(shí)時(shí)形貌特征的可視傳感器，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器，基于PLC的模糊控制器和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器;所述的霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器，Kislter三向測(cè)力儀12，激光位移傳感器和可視傳感器的輸出端通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器與基于PLC的模糊控制器輸入端連接，所述的基于PLC的模糊控制器的輸出端通過(guò)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器連接高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)的控制輸入端。
[0017]所述在線修整裝置4包括用銷釘連接的固定套筒4-2和支承軸4-3，固定套筒4-2頂部連接固定式不銹鋼直角彎頭4-1，陽(yáng)極固定板4-6—端通過(guò)兩個(gè)設(shè)置有內(nèi)螺紋的絕緣夾4-7板固定在支承軸4-3上，陽(yáng)極固定板4-6另一端設(shè)有與ELID專用脈沖電源7正極連接的陽(yáng)極碳刷4-8，在進(jìn)行在線修整時(shí)陽(yáng)極碳刷4-8與機(jī)床主軸1-1上的導(dǎo)電體壓接，使鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9帶正電;支承軸4-3末端通過(guò)可動(dòng)卡套螺紋連接陰極支撐架4-4。
[0018]所述直角載物板2-5的直角處設(shè)計(jì)為圓角，且將膠粘被加工陶瓷片2-6的平面銑出有階梯臺(tái)2-8。
[0019]本實(shí)用新型在立式加工中心主軸上加裝超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)，由超聲振動(dòng)無(wú)線傳輸系統(tǒng)將超聲能量傳至縱扭超聲振動(dòng)變幅器，其中縱扭超聲振動(dòng)變幅器一端開(kāi)設(shè)有斜槽，實(shí)現(xiàn)鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪縱向與扭轉(zhuǎn)同時(shí)振動(dòng)。進(jìn)一步的，在加工中心工作臺(tái)上設(shè)有二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工件二維橢圓軌跡振動(dòng)。進(jìn)一步的通過(guò)在線修整裝置的陰極中心內(nèi)置位移傳感器和可視傳感器，用于監(jiān)測(cè)砂輪與陰極間距離，及在線磨削過(guò)程中氧化膜表面形貌。本實(shí)用新型將多維超聲振動(dòng)磨削技術(shù)與ELID磨削技術(shù)相結(jié)合，以改善砂輪表面氧化膜質(zhì)量為目標(biāo)，以實(shí)時(shí)閉環(huán)控制極間間隙為實(shí)施方法，提高了電解修銳質(zhì)量和修銳效率，間接達(dá)到高效精密的加工要求。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理不意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型所述的超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型所述的二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型所述的在線修整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型所述的間隙調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為本實(shí)用新型所述的砂輪整形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為本實(shí)用新型所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)的電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1、2和3所示，改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)，包括設(shè)置在機(jī)床工作臺(tái)10上的機(jī)床主軸系統(tǒng)1、設(shè)置在機(jī)床主軸1-1兩側(cè)的用于實(shí)現(xiàn)在線電解修整砂輪的在線修整裝置4、用于保證砂輪表面形狀精度的砂輪整形裝置9和用于實(shí)現(xiàn)被加工工件橢圓振動(dòng)的二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)3;還包括有設(shè)置在機(jī)床主軸1-1上的超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)2和設(shè)置在線修整裝置4末端的間隙調(diào)整裝置5和用于實(shí)時(shí)控制氧化膜狀態(tài)的系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)6;超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)2包括縱向超聲振動(dòng)換能器1-7，縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8及鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9，其中縱扭超聲振動(dòng)變幅器小端圓周均布斜槽1-10，斜槽與主軸軸線夾角為45°。當(dāng)縱波垂直入射到圓鋼中后，如傳播到有斜槽的空心圓柱傳振桿部分，由于斜槽1-10的存在，導(dǎo)致超聲波傳播過(guò)程中介質(zhì)發(fā)生變化，因此超聲縱波會(huì)在斜槽1-10位置發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，在斜槽1-10位置上產(chǎn)生反射縱波，反射橫波以及折射縱波。因縱波在空氣中傳播發(fā)生較大的能量損耗，當(dāng)縱波傾斜入射斜槽時(shí)，可只考慮反射縱波和反射橫波的影響，而忽略二次折射。反射橫波與桿的軸線成一定角度，可在桿的軸向與徑向上分解出兩個(gè)分量，橫波在徑向上的分量可使傳振桿實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，縱波和橫波在軸向的分量使桿作縱向振動(dòng)。同時(shí)斜槽1-10間的寬度也遠(yuǎn)小于超聲波縱波波長(zhǎng)，所以反射縱波與反射橫波在斜槽
1-10間產(chǎn)生迭加，迭加后的復(fù)合波傳播至匹配工具頭端產(chǎn)生縱扭復(fù)合振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9的縱扭復(fù)合振動(dòng)。
[0028]機(jī)床主軸系統(tǒng)I包括套設(shè)在機(jī)床主軸1-1下端外面的上感應(yīng)盤支撐架1-3，機(jī)床主軸1-1的下端部同軸連接有刀柄1-2，刀柄1-2下端與工具頭固定架1-4連接；
[0029]工具頭固定架1-4外圓周套設(shè)有通過(guò)緊固螺釘連接的上感應(yīng)盤1-5和下感應(yīng)盤1-6，上感應(yīng)盤1-5通過(guò)正負(fù)極導(dǎo)線與多通道超聲波發(fā)生器8相連，上感應(yīng)盤1-5外圓周設(shè)有通過(guò)緊固螺釘連接的上感應(yīng)盤支撐架1-3，上感應(yīng)盤支撐架1-3通過(guò)緊固螺釘與在線修整裝置4連接；
[0030]下感應(yīng)盤1-6下依次設(shè)置有縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器1-7，縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8及鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9;所述的縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器1-7與縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8通過(guò)雙頭螺柱上下連接，縱扭超聲振動(dòng)變幅器1-8下端螺紋連接鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪 1-9。
[0031]所述二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)3包括固定支板2-1，固定支板2-1上設(shè)置有直角載物板2-5，直角載物板2-5兩個(gè)端部分別固定設(shè)置有一個(gè)縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7，一個(gè)變幅器保持架2-3，一個(gè)縱向超聲振動(dòng)換能器2-4;變幅器保持架2-3通過(guò)緊固螺釘垂直固定于固定支板
2-1，縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7通過(guò)法蘭盤及螺釘固定在變幅器保持架2-3上，直角載物板2-5與縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7以雙頭螺柱2-2同軸向連接，縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7與縱向超聲振動(dòng)換能器2-4同樣通過(guò)雙頭螺柱相連接;所述直角載物板2-5的直角處設(shè)計(jì)為圓角，且將膠粘被加工陶瓷片2-6的平面銑出階梯臺(tái)2-8，目的在于保持被加工陶瓷片2-6被加工面與直角載物板2-5幾何中心線保持垂直，且避免在大切深情況下鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9破壞直角載物板。
[0032]如圖5所示，所述的間隙調(diào)整裝置5包括通過(guò)絕緣板水平固定設(shè)置在陰極支撐架4-4末端絕緣板4-5兩側(cè)的高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1和滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌5-2，高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1放置在遠(yuǎn)離鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9的一側(cè)，滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌5-2放置在靠近鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9 一側(cè);滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌上5-2滑動(dòng)設(shè)置有塑膠滑臺(tái)5-3，所述的塑膠滑臺(tái)5-3上固定設(shè)置有螺母5-6，高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1的輸出軸固定設(shè)置有與螺母5-6滑動(dòng)配合的滾珠絲杠5-7，激光位移傳感器位于銅電極5-4幾何中心且位置正對(duì)加工中心主軸1-1中心線處設(shè)置的孔洞中；
[0033]所述塑膠滑臺(tái)5-3末端通過(guò)緊固螺釘固定塑膠半套5-5和銅電極5-4，保證銅電極5-4母線與鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9軸線的平行度，所述的銅電極5-4是幾何形狀為三分之一環(huán)形截面的柱體。所述的銅電極5-4幾何中心位置正對(duì)加工中心主軸中心線處且設(shè)置有孔洞，孔洞用于放置激光位移傳感器和可視傳感器；
[0034]如圖6所示，所述砂輪整形裝置9包括底座3-1，防水電機(jī)3-2，放電銅輪3-3，變頻調(diào)速箱11;底座3-1通過(guò)緊固螺釘3-4固定于工作臺(tái)10上，防水電機(jī)3-2固定于底座3-1上，放電銅輪3-3安裝于防水電機(jī)3-2的動(dòng)力輸出軸3-5上，ELID專用脈沖電源7通過(guò)變頻調(diào)速箱11連接防水電機(jī)3-2，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)放電銅輪3-3的速度在0-2800rpm(額定轉(zhuǎn)速)無(wú)級(jí)變化。
[0035]如圖4所示，所述在線修整裝置4包括用銷釘連接的固定套筒4-2和支承軸4-3，固定套筒4-2頂部連接固定式不銹鋼直角彎頭4-1，可以將在線修整裝置4通過(guò)緊固螺釘固定在上感應(yīng)盤1-3支撐架上，且保證固定套筒4-2及支承軸4-3垂直度。陽(yáng)極固定板4-6材質(zhì)為絕緣的膠木板，陽(yáng)極固定板4-6—端通過(guò)兩個(gè)設(shè)置有內(nèi)螺紋的絕緣夾板4-7固定在支承軸上4-3，可以靈活調(diào)整陽(yáng)極固定板4-6豎直及水平距離，且保證陽(yáng)極碳刷4-8絕緣性。
[0036]陽(yáng)極固定板4-6另一端設(shè)有與ELID專用脈沖電源7正極連接的陽(yáng)極碳刷4-8，在進(jìn)行在線修整時(shí)，陽(yáng)極碳刷4-8與機(jī)床主軸1-1上的導(dǎo)電體壓接，使鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9帶正電;支承軸4-3末端通過(guò)可動(dòng)卡套螺紋連接陰極支撐架4-4，可以靈活調(diào)整絕緣板4-5豎直方向的位置，陰極支撐架4-4通過(guò)緊固螺釘連接絕緣板4-5且保證絕緣板4-5垂直度，絕緣板4-5用于固定間隙調(diào)整裝置5。
[0037]所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)6包括分別用于搜集動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中回路中電流和電壓實(shí)時(shí)變化值的霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器，所述的動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中回路中電流和電壓實(shí)時(shí)變化值即表征氧化膜厚度及致密性。
[0038]用于測(cè)量動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中三向磨削力實(shí)時(shí)變化的Ki s 11 er三向測(cè)力儀12，所述的Kislter三向測(cè)力儀12固定安裝在二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)3的固定支板2-1下方，其測(cè)得的信號(hào)通過(guò)電荷放大器發(fā)送到數(shù)據(jù)采集卡，再由數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送到基于PLC的模糊控制器，即可以表征氧化膜的強(qiáng)度大小。所述的數(shù)據(jù)采集卡可以為集成的，也可以為硬件實(shí)體的，進(jìn)而可以表征氧化膜的強(qiáng)度大小。
[0039]用于測(cè)量鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9與銅電極5-4間距的激光位移傳感器，用于采集氧化膜表面實(shí)時(shí)形貌特征的可視傳感器，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器，基于PLC的模糊控制器和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器;所述的霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器，Ki s I ter三向測(cè)力儀12，激光位移傳感器和可視傳感器的輸出端通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器與基于PLC的模糊控制器輸入端連接，所述的基于PLC的模糊控制器的輸出端通過(guò)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器連接高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)的控制輸入端。
[0040]通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器將位移信號(hào)、圖像信號(hào)、電流信號(hào)、電壓信號(hào)及力信號(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)。將數(shù)字信號(hào)導(dǎo)入基于PLC的模糊控制器，依次經(jīng)過(guò)模糊化處理，模糊推理決策，去模糊化處理，最后通過(guò)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為位移信號(hào)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)即所述的高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1，實(shí)現(xiàn)極間間隙調(diào)控。所述調(diào)控后極間間隙距離與實(shí)時(shí)狀態(tài)下的其余信號(hào)一起作為新的輸入量由位移傳感器反饋到PLC的模糊控制器，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線閉環(huán)控制。
[0041]所述的加工中心主軸1-1方向設(shè)有超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)2，即通過(guò)在圓環(huán)傳振桿上加開(kāi)沿軸向均布斜槽1-10的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)縱-扭復(fù)合振動(dòng)實(shí)施于鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9，其中，斜槽1-10與主軸軸線夾角為45°。
[0042]工作臺(tái)方向設(shè)有二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)3，振動(dòng)實(shí)施于被加工陶瓷片2-6。
[0043]所述二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)3包括固定支板2-1，固定支板2-1上設(shè)置有直角載物板2-5，直角載物板2-5兩個(gè)端部分別固定設(shè)置有一個(gè)縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7，一個(gè)變幅器保持架2-3，一個(gè)縱向超聲振動(dòng)換能器2-4;變幅器保持架2-3通過(guò)緊固螺釘垂直固定于固定支板
2-1，縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7通過(guò)法蘭盤及螺釘固定在變幅器保持架2-3上，直角載物板2-5與縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7以雙頭螺柱2-2同軸向連接，縱向超聲振動(dòng)變幅器2-7與縱向超聲振動(dòng)換能器2-4通過(guò)雙頭螺柱相連接。
[0044]所述縱扭超聲振動(dòng)ELID復(fù)合預(yù)修銳階段，超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)2與在線修整裝置4同時(shí)工作，與傳統(tǒng)ELID預(yù)修銳相比較，復(fù)合電解預(yù)修銳中鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9不斷做縱向及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，提高了電解傳質(zhì)效率，砂輪表面離子濃度得到顯著改善，因而氧化膜分布更均勻、致密，為下一步多維超聲振動(dòng)ELID復(fù)合平面動(dòng)態(tài)磨削階段做好準(zhǔn)備。
[0045]高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1通過(guò)螺釘固定于豎直絕緣板4-5上，其轉(zhuǎn)軸平行于機(jī)床工作臺(tái)10，作為滾珠絲杠5-7的螺桿?；瑒?dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌5-2固定于豎直絕緣板4-5上，平行于機(jī)床工作臺(tái)10，其中心線與高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)5-1中心線重合。滾珠絲杠5-7的螺母5-6固定于塑膠滑臺(tái)5-3上，塑膠滑臺(tái)5-3末端固定銅電極5-4，為三分之一環(huán)形截面的柱體。
[0046]本實(shí)用新型在ELID專用脈沖電源7正極通過(guò)固定電刷與鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9相連接，ELID專用脈沖電源7負(fù)極連接銅電極5-4，進(jìn)行縱扭超聲振動(dòng)ELID復(fù)合預(yù)修銳時(shí)，開(kāi)啟多通道超聲波發(fā)生器8的縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)I通道、ELID專用脈沖電源7及磨削液開(kāi)關(guān)。
[0047]進(jìn)行多維超聲振動(dòng)ELID復(fù)合動(dòng)態(tài)磨削時(shí)，開(kāi)啟多通道超聲波發(fā)生器8三個(gè)通道、ELID專用脈沖電源7及磨削液開(kāi)關(guān)。ELID專用脈沖電源7正極接鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9，負(fù)極接銅電極5-4，通磨削液，形成電流回路。據(jù)電化學(xué)原理，鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9外層金屬結(jié)合劑作為陽(yáng)極被電解，使鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9中的磨粒露出表面，形成一定的磨粒高度和容肩空間。同時(shí)，在鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9表面逐漸形成一層氧化膜，阻止電解過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行，使鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9不會(huì)過(guò)快損耗。
[0048]當(dāng)鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9表面的磨粒磨損后，氧化膜被工件材料刮擦去除，電解繼續(xù)進(jìn)行，可對(duì)鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9表面進(jìn)一步修整，氧化膜在多維超聲振動(dòng)ELID復(fù)合動(dòng)態(tài)磨削階段中呈動(dòng)態(tài)變化。進(jìn)行多維超聲振動(dòng)停電光磨時(shí)，開(kāi)啟多通道超聲波發(fā)生器8三個(gè)通道，利用鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪1-9表面氧化膜的拋光性能對(duì)被加工陶瓷片2-6進(jìn)行拋光，提高被加工陶瓷片2-6的表面質(zhì)量。
[0049]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)，包括設(shè)置在機(jī)床工作臺(tái)(10)上的機(jī)床主軸系統(tǒng)(I)、設(shè)置在機(jī)床主軸(1-1)兩側(cè)的用于實(shí)現(xiàn)在線電解修整砂輪的在線修整裝置(4)、用于保證砂輪表面形狀精度的砂輪整形裝置(9)和用于實(shí)現(xiàn)被加工工件橢圓振動(dòng)的二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)(3);其特征在于:還包括有設(shè)置在機(jī)床主軸(1-1)上的超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)(3)和設(shè)置在線修整裝置(4)末端的間隙調(diào)整裝置(5)和用于實(shí)時(shí)控制氧化膜狀態(tài)的系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(6);超聲縱扭復(fù)合振動(dòng)系統(tǒng)(2)包括縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器(1-7)，縱扭超聲振動(dòng)變幅器(1-8)及鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9)，所述縱扭超聲振動(dòng)變幅器小端設(shè)置有斜槽(1-10)，且斜槽(1-10)沿圓周均勻分布，斜槽與主軸軸線夾角為45° ; 所述機(jī)床主軸系統(tǒng)(I)包括套設(shè)在機(jī)床主軸(1-1)下端外面的工具頭固定架(1-4)，機(jī)床主軸(1-1)的下端部同軸連接有刀柄(1-2)，刀柄(1-2)下端與工具頭固定架(1-4)連接；工具頭固定架(1-4)外圓周套設(shè)有通過(guò)緊固螺釘連接的上感應(yīng)盤(1-5)和下感應(yīng)盤(1-6)，上感應(yīng)盤(1-5)通過(guò)正負(fù)極導(dǎo)線與多通道超聲波發(fā)生器(8)相連，上感應(yīng)盤(1-5)外圓周設(shè)有通過(guò)緊固螺釘連接的上感應(yīng)盤支撐架(1-3)，上感應(yīng)盤支撐架(1-3)通過(guò)緊固螺釘與在線修整裝置(4)連接； 下感應(yīng)盤(1-6)下依次設(shè)置有縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器(1-7)，縱扭超聲振動(dòng)變幅器(1-8)及鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9);所述的縱向振動(dòng)超聲振動(dòng)換能器(1-7)與縱扭超聲振動(dòng)變幅器(1-8)通過(guò)雙頭螺柱連接上下連接，縱扭超聲振動(dòng)變幅器(1-8)下端螺紋連接鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9); 所述二維超聲振動(dòng)系統(tǒng)(3)包括固定支板(2-1)，固定支板(2-1)上設(shè)置有直角載物板(2-5)，直角載物板(2-5)兩個(gè)端部分別固定設(shè)置有一個(gè)縱向超聲振動(dòng)變幅器(2-7)，一個(gè)變幅器保持架(2-3)，一個(gè)縱向超聲振動(dòng)換能器(2-4);變幅器保持架(2-3)通過(guò)緊固螺釘垂直固定于固定支板(2-1)，縱向超聲振動(dòng)變幅器(2-7)通過(guò)法蘭盤及螺釘固定在變幅器保持架(2-3)上，直角載物板(2-5)與縱向超聲振動(dòng)變幅器(2-7)以雙頭螺柱同軸向連接，縱向超聲振動(dòng)變幅器(2-7)與縱向超聲振動(dòng)換能器(2-4)通過(guò)雙頭螺柱相連接； 所述的間隙調(diào)整裝置(5)包括通過(guò)緊固螺釘水平固定設(shè)置在陰極支撐架(4-4)末端絕緣板(4-5)兩側(cè)的高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)(5-1)和滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌(5-2)，高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)(5-1)放置在遠(yuǎn)離鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9)的一側(cè)，滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌(5-2)放置在靠近鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9) 一側(cè);滑動(dòng)摩擦矩形導(dǎo)軌(5-2)上滑動(dòng)設(shè)置有塑膠滑臺(tái)(5-3)，所述的塑膠滑臺(tái)(5-3)上固定設(shè)置有螺母(5-6)，高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)(5-1)的輸出軸固定設(shè)置有與螺母(5-6)滑動(dòng)配合的滾珠絲杠(5-7)，激光位移傳感器位于銅電極(5-4)幾何中心且位置正對(duì)加工中心主軸(1-1)中心線處設(shè)置的孔洞中； 所述塑膠滑臺(tái)(5-3)末端通過(guò)緊固螺釘固定塑膠半套(5-5)和銅電極(5-4)，保證銅電極(5-4)母線與鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9)軸線的平行度，所述的銅電極(5-4)幾何形狀為三分之一環(huán)形截面的柱體； 所述的銅電極(5-4)幾何中心且位置正對(duì)加工中心主軸(1-1)中心線處設(shè)置有孔洞，孔洞用于放置激光位移傳感器和可視傳感器； 所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)(6)包括分別用于搜集動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中回路中電流和電壓實(shí)時(shí)變化值的霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器，用于測(cè)量動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中三向磨削力實(shí)時(shí)變化的Kislter三向測(cè)力儀(12)，用于測(cè)量鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9)與銅電極(5-4)間距的激光位移傳感器，用于采集氧化膜表面實(shí)時(shí)形貌特征的可視傳感器，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器，基于PLC的模糊控制器和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器;所述的霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器，Ki s I ter三向測(cè)力儀(12)，激光位移傳感器和可視傳感器的輸出端通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器與基于PLC的模糊控制器輸入端連接，所述的基于PLC的模糊控制器的輸出端通過(guò)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器連接高分辨率混合式步進(jìn)電機(jī)的控制輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)，其特征在于:所述在線修整裝置(4)包括用銷釘連接的固定套筒(4-2)和支承軸(4-3)，固定套筒(4-2)頂部連接固定式不銹鋼直角彎頭(4-1)，陽(yáng)極固定板(4-6)—端通過(guò)兩個(gè)設(shè)置有內(nèi)螺紋的絕緣夾(4-7)板固定在支承軸(4-3)上，陽(yáng)極固定板(4-6)另一端設(shè)有與ELID專用脈沖電源(7)正極連接的陽(yáng)極碳刷(4-8)，在進(jìn)行在線修整時(shí)陽(yáng)極碳刷(4-8)與機(jī)床主軸(1-1)上的導(dǎo)電體壓接，使鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪(1-9)帶正電；支承軸(4-3)末端通過(guò)可動(dòng)卡套螺紋連接陰極支撐架(4-4)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善氧化膜質(zhì)量的超聲ELID復(fù)合平面磨削系統(tǒng)，其特征在于:所述直角載物板(2-5)的直角處設(shè)計(jì)為圓角，且將膠粘被加工陶瓷片(2-6)的平面銑出有階梯臺(tái)(2-8)。
【文檔編號(hào)】B24B7/22GK205497131SQ201620173551
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月8日
【發(fā)明人】賈曉鳳, 趙波, 卞平艷, 張存鷹, 王曉博, 陳凡, 牛贏
【申請(qǐng)人】河南理工大學(xué)