(4)超声电火花复合加工机床

①超声电火花复合加工电源的原理框图，见图9-3。图中，由超声波正弦振荡器1产生20~30KHz的正弦振荡信号，经超声波前置放大器、超声波功率放大器的放大后，送入超声换能器，将电信号转换为超声频机械振动，并传到工具上，此时，工具相对工件做超声机械振动。同时通过超声波前置放大器将超声频信号送入调制电路，并通过调制电路控制高频窄脉冲振荡器，使之在超声换能器缩短时，高频窄脉冲振荡器发出频率在0.1〜1.5MHz、 脉冲宽度在0.2μs 的脉冲信号。该信号经前置放大器和MOS功率放大器的放大，形成峰值电流在1〜10A之间的电火花加工脉冲，送到工具和工件之间进行电火花脉冲放电加工，并在聚晶金刚石被加工表面形成0.1〜2μm厚的碳化层。在超声换能器伸长时，高频窄脉冲振荡器停止工作。工具头在磨料作用下加工工件表面。由于磨料的作用很快将碳化层去除。如此周而复始进行下去，因而大大提高了加工的效率。

      

超声电火花复合加工与单一超声波加工相比具有如下优点：一是综合了超声波与电火花加工的优点，加工聚晶金刚石比单纯超声波加工效率提高5倍以上，并节省金刚石磨料；二是采用超声频调制电火花加工的方式，大大减少短路电流，有效地避免了由于短路拉弧造成对工件的烧伤，并节约了电能；三是采用专用的高频窄脉冲、高峰值电流的脉冲电源，实现了实际生产中的高光洁度加工。

②高频窄脉冲电源及调制电路的原理简图。图9-4为高频窄脉冲电源及调制电路的原理简图。

 

超声波发生器由超声波正弦振荡器、超声波前置放大器、超声波功率放大器和超声换能器组成。脉冲发生器由高频窄脉冲振荡器、前置放大器和MOS功率放大器组成。由超声波前置放大器引出超声频正弦信号。电压比较器IC₅、光电耦合器VT₂及电阻R₁₃〜R₁₈组成调制电路。电压比较器的两输入端，其一经过电阻R13接超声频信号，其二为经电阻R₁₄、R₁S分压的基准电压。该电压比较器的输出接光电耦合器VT₂。该光电耦合器输出一与超声频正弦信号相位为Kπ 的脉冲调制信号。其中K的选取根据超声换能器形式的不同而选取0或1,以保证调制脉冲在超声换能器缩短时有效（为高电平）。通过上述调制信号来控制IC₃复位端3。集成电路IC₁、IC₂、IC₃、电阻R₁〜R₃，电容C₁和C₃组成了高频窄脉冲振荡器。其中IC₁、IC₂为模拟门电路。IC₃为双单稳多谐振荡器电路。当IC₃复位端3为高电平时。IC₃工作并发出一系列高频窄脉冲信号，并送入前置放大器IC₄。当IC₃复位端3为低电平时,IC₃输出为高电平，IC₄输出为低电平，无脉冲发出。由此实现了超声波调制电火花脉冲电源的目的。前置放大器IC4的作用是将IC3的输出信号变换成驱动功率管VT₄所需电平的脉冲信号，同时这个脉冲的上升、下降沿小于20ns。

在IC₃复位端3为高电平、IC₃输出高频率窄脉冲信号时，由前置放大器IC₄放大时脉冲信号送入由大功率场效应管VT₄，跟流电阻R₉〜R11、负波吸收回路R₁₅、C₃、C₁组成的功率放大器，最终形成脉冲宽度在0.2~2. 0μs之间，频率在0.1〜1.5MHz之间，脉冲峰值电流在1〜10A之间的高频加工脉冲，输送到工具与工件之间的放电间隙上。这就实现了当超声换能器使工具伸长时，功率放大器不向放电间隙输送脉冲，工具在磨料作用下加工工件；当超声换能器使工具缩短时，功率放大器向放电间隙输送脉冲，形成电火花放电，蚀除工件。

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