双非接触式高速旋转超声电火花加工系统及工艺机理研究

Due to simple structure and Ease of use, electrical brush is often used to conduct electricity for rotary electrical discharge machining (EDM), which may causes several problems, such as radial deformation and vibration of electrode, loss of electrical signal, wear of electrical brush and low rotation speed. In this context，a non-contact method of conducting electricity for EDM system will be proposed based on electromagnetic induction principle, which will be integrated with the developed non-contact rotary ultrasonic system. We will focus on several important issue in this system, such as electromagnetic interference, insulation and structure design. Finally, a double-non-contact high speed rotary ultrasonic assisted EDM system with the inner cooling function will be developed. Through using this new system, we will study the effect of ultrasonic vibration parameters (frequency, amplitude), EDM parameters (voltage, current, pulse width, inter-pulse etc.) and rotation speed on machining accuracy, surface integrity, machining efficiency and electrode wear in drilling micro holes, a suit of machining strategy will be summarized.

由于结构简单易于实现,在旋转电火花加工系统中普遍采用电刷作为电能导入方式。但是，此方式会引起电极径向的变形或振动、电信号传递丢失、电刷损耗、转速低等一系列问题。在此背景下，本课题提出基于电磁感应原理的非接触式电火花电能导入方案，拟与前期已经开发的非接触式旋转超声系统进行有机集成，重点解决在集成过程中电磁干扰、绝缘、结构设计等问题，最终形成具有中心出水功能的双非接触式高速、高精度旋转超声电火花复合加工系统。采用此新型加工系统，重点探索超声振动参数（频率、振幅）、电火花加工参数（电压、电流、脉宽、脉间等）和转速对难加工材料微小孔加工的精度、表面完整性、加工效率和电极损耗的影响规律，建立一整套完整的复合加工工艺方案。

微细电火花加工在微小尺寸和难加工材料去除方面具有较大优势，是微小孔加工的重要手段。超声电火花复合加工方法可以改善微小孔的加工效率和表面完整性。本课题申请人在感应式旋转超声加工方面做了很多研究工作，提出并实现了非接触式电火花电能导入系统，形成具有中心出水方式的双非接触式超声电火花复合加工系统，可以实现电极主轴转速在5000 - 20000rpm。主要包含以下3个方面的内容。.（1）双非接触式高速旋转超声电火花复合加工系统的实现。研究非接触式电能导入系统的实现方式，实现加工电源与电极的非接触式连接。将已完成的感应式超声电能导入系统与之进行集成设计，取代传统的电刷式结构，从而使电极高速旋转的实现成为可能。.（2）双非接触式高速旋转超声电火花复合加工数控系统的开发。通过分析非接触电火花加工工艺对加工装备的技术要求，开展非接触旋转电火花机床的详细设计工作。首先按照机床总体方案进行模块化设计，先进行机床硬件选型及设计，之后设计机床电气系统，将机床进行总体装配，完成机床的硬件研制。.（3）研究制作了非接触式电能导入系统的关键部件松耦合式变压器。非接触式电能传输是利用电磁感应原理，通过松耦合式变压器初级侧和次级侧之间的电磁耦合实现电能的无物理接触式的传输。在次级侧获得了与初级侧输入波形频率一致、相位相差180°的波形，整体波形形状与输入波形相同，经半波整流后能够获得正向脉冲方波，能够使电极电位以一定频率变化，从而与工件之间形成电势差实现电火花加工。.（4）高转速超声电火花复合加工工艺规律的研究。对主轴高速旋转在超声电火花复合加工过程中的材料去除机制进行研究，找到微小孔加工中转速的影响规律，指导在加工过程中的合理加工参数。.本课题的研究，在提高加工效率和表面完整性方面取得突破，做到高效与高精度的兼顾和平衡，对超声电火花复合加工在微孔领域中的发展具有重大意义。