基于超声电加工的多效应协同作用机理及参数在线寻优关键问题研究

Ultrasonic combined electrical machining method using the effects of the ultrasonic cavitation, pump suction, eddy current and the micro-spark electro-discharged, the electrolysis effect ,with the organic compound, it is effective for the difficult to machine materials, parts of the contoured surface's micro-fine machining. But as its physical and chemical effects process between the electrodes are complex and changeable, and the electro-discharged area and the depth of processing increase, electrolysis easy to deviate from expectations, and deviate from the resonance point, the ultrasonic vibration amplitude is reduced, if not timely, effectively adjust the system parameters, efficiency and accuracy will fall. Project through the online modulation of parameters, change the ultrasonic, eletro-discharged the electrolysis energy relations, to study the effect of mutual synergy mechanism and process law, to establish a collaborative relationship mathematical model of the stable processing of multi-effect, guide the pilot study and control system's design; using a variety of high-speed high-precision sensor, online measurement the machining parameters, machining accuracy and efficiency characterization parameters, feedback to the control computer arithmetic, the processing by the digital processing, a control signal is given by the control computer, online, real-time adjustment of processing parameters, maintaining the steady optimization process; changing the effect of the energy ratio between the processing system can machine a variety of physical properties's materials, the project research achievements would improve the micro-fine process equipment and technology, and same time have an important theoretical significance and application prospect.

超声复合电加工方法利用超声的空化、泵吸、涡流效应及微火花放电、电解作用等效应的有机复合，能有效进行难加工材料、异形面零件的微精加工。但因其电极间物理、化学作用过程复杂多变，在加工深度、面积增大时，放电、电解作用易偏离期望值，超声振动偏离共振点，振幅减小，不及时、有效调节系统参数，效率、精度将下降。项目通过参数在线实时调制，改变超声、放电、电解作用能量关系，研究各效应相互协同作用机理及对加工过程的影响规律，建立可实现稳定加工的多效应协同关系数学模型，指导试验研究及控制系统设计；选用高速高精传感器，在线测量机电加工参数、加工精度及效率表征参数，经数字化处理反馈至控制计算机运算、处理，由计算机给出控制信号，在线、实时调节加工参数，保持加工过程持续稳定、优化进行；改变各效应能量比例关系，加工系统可实现各种物理特性材料的高效、精微加工，研究成果对完善微精加工工艺与设备具有重要理论意义和工程应用前景。

超声复合/辅助电加工技术利用超声作用的空化、泵吸、涡流等效应及电解、微火花放电作用等有机复合，能有效进行难加工材料、异形面零件的微精加工。但因加工电极间物理、化学作用过程复杂多变，且在加工深度、面积增大时，超声振动偏离共振点，振幅减小，放电、电解作用易偏离期望值，如不及时、有效调节系统参数，加工精度及加工效率将下降。项目在优化数字超声振动系统设计、完善精密脉冲同步电解/放电加工系统基础上，研究超声复合/辅助电加工过程参数在线实时检测方法，采用精密高速激光微位移传感器、电流传感器、数字存储示波器等，进行超声复合/辅助电加工过程超声振动参数、加工极间电参数等实时检测，利用数据处理接口将加工过程模拟量参数进行数字化处理，并反馈至控制计算机运算、处理，控制计算机通过输出接口给出控制信号，利用数字电位器进行超声激励电压的在线、实时调节，可改变超声振动系统的振幅；同时可对复合/辅助电加工电源电压幅值及超声振动极间加电阈值区间进行实时调节，协调极间各能量相互关系，以保持复合加工过程的持续稳定；探讨超声复合/辅助电加工过程超声、电解及放电作用能量，研究超声、电解及放电加工效应相互协同作用机理及对加工过程精度及效率的影响规律，根据在线检测的加工过程实时参数，进行加工精度及效率指标的数学表征，制定加工过程实时优化控制方案，编写加工过程在线参数实时控制及优化软件，并完善超声复合/辅助电加工测控系统设计。利用研制加工过程可测控的超声复合/辅助电加工系统，进行多种材料、多种典型微结构的超声复合/辅助电加工试验研究，结果表明：在线参数测控系统工作可靠，加工过程稳定持续性好，有效保证加工精度，加工效率可得到较大幅度提高，通过改变系统各效应能量比例关系，可实现各种物理特性材料的高效、精微加工，项目研究成果对完善微精加工工艺与创新精密加工设备设计具有重要理论意义和工程应用前景。