大型復(fù)雜金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大型復(fù)雜金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，目的是解決常規(guī)金屬表面精密加工和拋光方法的不足及加工和拋光效率低、易產(chǎn)生加工應(yīng)力和表層損傷等問題。該裝置包括射頻電源、射頻電源匹配器、高壓直流脈沖電源、脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置、高壓直流脈沖電源阻抗、等離子炬、加工保護(hù)罩、控制電路和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；本發(fā)明是在大氣壓下對(duì)金屬的表面的精密加工和拋光，不需要真空室和特制的拋光液，可降低設(shè)備成本并擴(kuò)大其使用范圍。加工效率是傳統(tǒng)拋光方法的幾倍，并且是無應(yīng)力加工，無表面和亞表層損傷、無表面污染，拋光工件的表面粗糙度可達(dá)到Ra0.2μm。
【專利說明】大型復(fù)雜金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于非接觸法金屬表面加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大型復(fù)雜金屬表面等 離子體與脈沖放電復(fù)合的拋光加工裝置，能夠在大氣壓條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬表面的精密拋光 和加工。

【背景技術(shù)】
[0002] 金屬材料表面拋光，分為接觸式和非接觸式。接觸式拋光以人工手動(dòng)直接研磨拋 光和加工磨削拋光為主，這些傳統(tǒng)的機(jī)械拋光加工方法連同后來發(fā)展的機(jī)械-化學(xué)復(fù)合拋 光、金剛石超精密切削拋光等都存在傳統(tǒng)接觸式拋光加工的各種缺陷，不可避免的造成材 料表面組織的破壞，形成微裂紋，破壞材料晶格完整性，影響材料的表面質(zhì)量。想得到較好 的無損高質(zhì)量材料表面，還需要在加工原理上做出變化。
[0003] 非接觸式拋光能很好地解決金屬材料表面的晶格完整性問題。其裝置以電解拋 光、電火花拋光為主。傳統(tǒng)電解拋光方法或采取低電壓裝置，或以高濃度電解液來進(jìn)行，均 使用高濃度價(jià)格昂貴及有毒的溶液，拋光前必須花相當(dāng)?shù)臅r(shí)間先對(duì)待拋制品除脂、蝕刻、沖 洗等處理。拋光時(shí)間過長(zhǎng)、需要相當(dāng)大的電力與勞動(dòng)力，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)力與效能有負(fù)面的影 響。另外，高濃度的電解液處理不易，很容易對(duì)環(huán)境造成危害。拋光過程中還需要配置專門 的攪動(dòng)裝置以防止拋光液濃度不均勻，需要設(shè)置特定的拋光廢棄物排出機(jī)構(gòu)。拋光電解液 體要預(yù)熱到一定的溫度，并保持在一個(gè)恒定的溫度下才能進(jìn)行，拋光后還要再次清洗拋光 表面。另外拋光中陰極損耗大，拋光時(shí)要不斷地有匹配裝置提供足夠的電解液，防止局部因 為缺乏電解液而產(chǎn)生震耳的"氫爆"聲，不僅污染環(huán)境，綜合成本也高。
[0004] 金屬的電火花拋光是利用脈沖放電，使待拋光表面的不平整部份得到整平。脈沖 放電的結(jié)果，使高出的部份熔解，而凹下的部份被熔解的金屬填平的一種加工工藝。但此工 藝一般要求電極離工件非常接近，需要在一定的電解介質(zhì)中進(jìn)行，有時(shí)需要根據(jù)材料的表 面形狀制作專門的電極，拋光過程中放電間隙非常小，拋光和加工效率極低。陽極上又經(jīng) 常形成不導(dǎo)電的脆性氫氧化物薄膜，造成陽極鈍化并且覆蓋在整個(gè)加工表面上，使陽極的 腐蝕速度隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律下降，生產(chǎn)效率大大降低。此外電極經(jīng)常有損耗，需要制作新電 極。此拋光工藝一般比較耗時(shí)，成本高，而且對(duì)環(huán)境有污染等缺陷。
[0005] 90年代初出現(xiàn)了一些新的非接觸式的加工裝置，如離子束拋光、電子束拋光等，依 靠物理方法從電極一側(cè)發(fā)射離子束或者電子束到工件表面進(jìn)行拋光，以及近年來的熱門研 究工藝如等離子體化學(xué)輔助拋光方法在精密光學(xué)器件上的應(yīng)用，以上拋光加工方法都是以 原子或分子級(jí)別去除材料，使表面加工質(zhì)量上升到新高度。但是這些技術(shù)需要的環(huán)境支持 (需高真空）及過低的加工效率、設(shè)備價(jià)格昂貴，會(huì)產(chǎn)生有害的放射物和有毒反應(yīng)氣體等也 限制了自身的使用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種大型復(fù)雜金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，目的 在于實(shí)現(xiàn)大氣壓條件下金屬表面的精密加工和拋光，并且加工效率高，能避免環(huán)境污染。
[0007] 本發(fā)明提供的一種大型復(fù)雜金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，其 特征在于，該裝置包括射頻電源、射頻電源匹配器、高壓直流脈沖電源、脈沖電源極性調(diào)節(jié) 裝置、高壓直流脈沖電源阻抗、等離子體炬、加工保護(hù)罩、控制電路、工作臺(tái)和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0008] 工作臺(tái)用于放置待拋光金屬材料加工工件，加工保護(hù)罩用于罩在待拋光金屬材料 加工工件上，以收集廢棄的拋光物和氣體，加工保護(hù)罩的上端留有用于加工的開口；
[0009] 等離子炬包括石英管、石英管保護(hù)套、脈沖放電電極、電極絕緣保護(hù)套、進(jìn)氣裝置、 第一電磁振蕩加載裝置、空心銅管螺旋線圈、第二電磁振蕩加載裝置；
[0010] 放電電極、電極絕緣保護(hù)套、密封圈由內(nèi)至外同軸固定，并均固定安裝在進(jìn)氣裝置 的頂部通孔內(nèi)；在石英管的上端和石英管保護(hù)套一起固定安裝在進(jìn)氣裝置底部通孔內(nèi)，進(jìn) 氣裝置一側(cè)還開有一個(gè)進(jìn)氣接口，實(shí)現(xiàn)等離子體發(fā)生氣體和化學(xué)反應(yīng)氣體的進(jìn)入；進(jìn)氣裝 置、密封圈、放電電極、電極絕緣保護(hù)套、石英管保護(hù)套、石英管均同軸安裝放置，且進(jìn)氣裝 置（除進(jìn)氣接口處）內(nèi)部與電極絕緣保護(hù)套和石英管保護(hù)套、石英管為密封安裝，防止等離 子體發(fā)生氣體和化學(xué)反應(yīng)氣體的泄漏；
[0011] 在石英管的上部安裝有第一電磁振蕩加載裝置，在石英管中部安裝有空心銅管螺 旋線圈，空心銅管螺旋線圈緊密地纏繞在石英管的外壁上，空心銅管螺旋線圈內(nèi)部可以通 冷卻液；在進(jìn)氣裝置外安裝有一個(gè)外部封裝絕緣保護(hù)套并將其接地，并將第一電磁振蕩加 載裝置和空心銅管螺旋線圈套在其內(nèi)，以防止高壓漏電和射頻振蕩等離子體對(duì)人體的影 響；在外部封裝絕緣保護(hù)套的下端安裝外部封裝絕緣保護(hù)套端蓋，石英管底部穿過外部封 裝絕緣保護(hù)套端蓋，且其外套下端安裝有第二電磁振蕩加載裝置；
[0012] 等離子炬中的空心銅管螺旋線圈的一極用于與射頻電源的一輸出極連接，另一極 用于與射頻電源匹配器的一端連接，射頻電源匹配器的另一端接入射頻電源的另一輸出 極，形成一個(gè)射頻放電回路；
[0013] 放電電極與高壓直流脈沖電源阻抗一端電連接，高壓直流脈沖電源阻抗另一端與 脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置一極電連接，脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置的另外一極與高壓直流脈沖電 源一極電連接，高壓直流脈沖電源的另外一極用于接入金屬材料加工工件表面，形成一個(gè) 高壓直流脈沖放電回路；
[0014] 控制電路分別與射頻電源、高壓直流脈沖電源、脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置、第一電磁 振蕩加載裝置、第二電磁振蕩加載裝置以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)電信號(hào)連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的控制；
[0015] 等離子體炬安裝在聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，由聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)按照加工路徑帶動(dòng)等離子體炬在待拋 光金屬材料加工工件表面移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)大型金屬材料復(fù)雜曲面的加工和拋光；
[0016] 使用時(shí)在聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和等離子體炬連接的加工頭部安裝有加工曲面掃描裝置，用于 掃描加工曲面信息反饋給計(jì)算機(jī)，并由計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)給出加工和拋光面的加工路徑；
[0017] 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用五自由度串聯(lián)式機(jī)器手臂等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
[0018] 本發(fā)明裝置利用的是金屬拋光材料凸起部位的陽極斑點(diǎn)效應(yīng)對(duì)其進(jìn)行去除，加工 過程是放電電弧等離子體與金屬表面凸點(diǎn)的接觸，不會(huì)對(duì)金屬的其它表層組織有影響，不 存在表面晶格破壞、變質(zhì)層、殘余應(yīng)力、應(yīng)力集中等問題。
[0019] 本發(fā)明克服傳統(tǒng)電解拋光裝置的不足，不需要在金屬拋光表面涂上任何研磨液和 化學(xué)反應(yīng)拋光液，無電極的損耗問題。本發(fā)明加工效率高，無需對(duì)待拋制品拋光前的除脂、 蝕刻、沖洗等前置處理，能直接拋光，避免因需預(yù)先表面處理，增加生產(chǎn)過程，造成不便及浪 費(fèi)，還能避免環(huán)境污染等問題。
[0020] 本發(fā)明克服電火花拋光裝置的不足，可在大氣壓下產(chǎn)生大規(guī)模、高能量密度的等 離子體，不需要特制的電極，放電間隙很大，等離子體流是大面積地轟擊金屬材料表面凸 點(diǎn)，加工和拋光效率高。加工后的產(chǎn)物為氣化后的金屬蒸氣，有配套的拋光廢棄物和氣體收 集的加工保護(hù)罩，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
[0021] 本發(fā)明克服離子束拋光、電子束拋光和等離子體化學(xué)方法輔助拋光裝置的不足， 提供一種大型復(fù)雜金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合的高精度加工技術(shù)和快速、便宜的拋 光裝置。僅僅使用常見的等離子體反應(yīng)氣體和一個(gè)射頻電源、高壓直流脈沖電源和控制裝 置，不需要其他的消耗設(shè)備。
[0022] 本發(fā)明加工和拋光精度高，可根據(jù)拋光表面的拋光效果需要選擇特定的脈沖放電 參數(shù)，實(shí)現(xiàn)粗拋、細(xì)拋和精拋，精密化拋光后形成的表面粗糙度小，可達(dá)到RaO. 2 μ m。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明加工裝置的單個(gè)放電電弧通道的加工原理圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明加工裝置的實(shí)施工藝步驟圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)例提供的加工裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖4是本發(fā)明實(shí)例提供的加工裝置的等離子炬整體裝配圖。
[0027] 圖5是本發(fā)明加工裝置的電磁振蕩加載俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對(duì)于 這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述 的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0029] 本發(fā)明通過一個(gè)射頻電源、可調(diào)節(jié)輸出電壓大小的高壓直流脈沖電源、可變長(zhǎng)度 和截面的針狀放電電極來實(shí)現(xiàn)脈沖放電。高壓直流脈沖電源的輸出極接在一個(gè)放電電極和 待拋光的金屬材料加工工件上。射頻電源實(shí)現(xiàn)射頻振蕩產(chǎn)生等離子體磁流體通道，高壓直 流脈沖電源提供脈沖高壓給放電電極，這樣在放電電極和金屬材料加工工件的加工凸點(diǎn)處 形成氣體放電等離子體電弧，此等離子體電弧經(jīng)過射頻振蕩產(chǎn)生等離子體磁流體通道后形 成高密度、高能量的等離子體電弧，高密度能量的等離子體電弧形成后，轟擊金屬材料表面 凸起處形成陽極板點(diǎn)，快速加工蒸發(fā)金屬材料表面凸起部位。
[0030] 等離子體電弧形成后，脈沖放電電極不動(dòng)時(shí)，由電弧弧壓最小值原理，新的電弧放 電通道會(huì)在不斷地去找尋金屬材料加工工件上的凸點(diǎn)，即電弧在放電過程中不斷自動(dòng)尋的 去加工新的凸點(diǎn)。本發(fā)明的放電電極的自動(dòng)尋的范圍為一圓錐體形電弧放電拋光加工區(qū)， 如圖1所示，圓錐角度為Θ，在電弧放電的Θ角度掃描到的金屬材料加工工件的加工表面 上，其所有能建立放電電弧通道的凸起將都會(huì)被去除，其過程如圖2所示。
[0031] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)例提供的金屬表面精密加工裝置，包括射頻電源1、射頻電 源匹配器2、高壓直流脈沖電源3、脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4、等離子體炬、加工保護(hù)罩18、控 制電路19、工作臺(tái)20和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24。
[0032] 工作臺(tái)20用于放置待拋光金屬材料加工工件21，加工保護(hù)罩18用于罩在待拋光 金屬材料加工工件21上，以收集廢棄的拋光物和氣體，加工保護(hù)罩18的上端留有用于加工 的開口。
[0033] 等離子體炬位于金屬材料加工工件21的上方，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，它包括石英管 6、石英管保護(hù)套7、脈沖放電電極8、電極絕緣保護(hù)套9、進(jìn)氣裝置10、第一電磁振蕩加載裝 置11，空心螺旋線圈、外部封裝絕緣保護(hù)套15、外部封裝絕緣保護(hù)套端蓋25和第二電磁振 蕩加載裝置26。
[0034] 放電電極8、電極絕緣保護(hù)套9、密封圈13由內(nèi)至外同軸固定，并通過上預(yù)緊螺釘 14將其一起安裝在進(jìn)氣裝置10的頂部通孔內(nèi)，在石英管6的上端通過石英管保護(hù)套7及下 預(yù)緊螺釘27固定，將其一起安裝在進(jìn)氣裝置10底部通孔內(nèi)，進(jìn)氣裝置10 -側(cè)還開有一個(gè) 進(jìn)氣接口，實(shí)現(xiàn)等離子體發(fā)生氣體和化學(xué)反應(yīng)氣體的進(jìn)入。進(jìn)氣裝置10、密封圈13、放電電 極8、電極絕緣保護(hù)套9、石英管保護(hù)套7、石英管6均同軸放置，且進(jìn)氣裝置10 (除進(jìn)氣接口 處）內(nèi)部與電極絕緣保護(hù)套9和石英管保護(hù)套7、石英管6為密封安裝，防止等離子體發(fā)生 氣體和化學(xué)反應(yīng)氣體的泄漏。
[0035] 如圖5所示，在石英管6的上部安裝有第一電磁振蕩加載裝置11，在石英管6中 部安裝有空心銅管螺旋線圈12,且空心銅管螺旋線圈12緊密地纏繞在石英管6的外壁上， 空心銅管螺旋線圈12內(nèi)部可以通冷卻液。在進(jìn)氣裝置10外安裝有一個(gè)外部封裝絕緣保護(hù) 套15并將其接地，并將第一電磁振蕩加載裝置11和空心銅管螺旋線圈12套在其內(nèi)，以防 止高壓漏電和射頻振蕩等離子體對(duì)人體的影響。在外部封裝絕緣保護(hù)套15的下端安裝外 部封裝絕緣保護(hù)套端蓋25,石英管6底部穿過外部封裝絕緣保護(hù)套端蓋25,且其外套有第 二電磁振蕩加載裝置26。
[0036] 等離子炬中的空心銅管螺旋線圈12的一極用于與射頻電源1的一輸出極連接，另 一極用于與射頻電源匹配器2的一端連接，射頻電源匹配器2的另一端接入射頻電源1的 另一輸出極，形成一個(gè)射頻放電回路。
[0037] 放電電極8與高壓直流脈沖電源阻抗5 -端電連接，高壓直流脈沖電源阻抗5另 一端與脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4 一極電連接，脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4的另外一極與高壓 直流脈沖電源3 -極電連接，高壓直流脈沖電源3的另外一極用于接入金屬材料加工工件 21表面，形成一個(gè)高壓直流脈沖放電回路。
[0038] 等離子體炬安裝在聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24上，在聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24和等離子體炬連接的加工頭部 安裝一個(gè)加工曲面掃描裝置，掃描加工曲面信息反饋給計(jì)算機(jī)，并由計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)給出加工 和拋光面的加工路徑后，由聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24帶動(dòng)等離子體炬在待拋光金屬材料加工工件21表 面移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)金屬材料復(fù)雜曲面的加工和拋光。聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24可以采用五自由度串聯(lián) 式機(jī)器手臂等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
[0039] 控制電路19分別與射頻電源1、高壓直流脈沖電源3、脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4、第 一電磁振蕩加載裝置11、第二電磁振蕩加載裝置26以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24電信號(hào)連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì) 它們的控制。
[0040] 下面說明本發(fā)明裝置的工作過程：
[0041] 如圖3所示，先將待拋光金屬材料加工工件21固定在機(jī)床的工作臺(tái)20上，固定好 后在金屬材料的外端蓋上一個(gè)加工保護(hù)罩18,用來收集廢棄的拋光物和氣體，加工保護(hù)罩 18上端開放。
[0042] 將等離子體炬整體與其它各部件全部接好后，將等離子炬整體和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24相 連接，并保證好整個(gè)裝置整體的同軸度。
[0043] 工作過程中，將等離子體發(fā)生氣氣源22接入等離子體發(fā)生氣體流量控制器16,化 學(xué)反應(yīng)氣體氣源23接入化學(xué)反應(yīng)氣體流量控制器17中，將兩控制器又接入到本發(fā)明的控 制電路19中，用以控制以上氣體的輸出。將射頻電源和高壓直流脈沖電源的連接電路也接 入到控制電路19中，用以控制射頻電源和高壓直流脈沖電源的輸出參數(shù)。
[0044] 化學(xué)反應(yīng)氣體氣源給本拋光過程提供反應(yīng)氣體如HC1、NH4C1、CC1 4等，在加工和拋 光中被電離生成的高密度高活性激發(fā)態(tài)C1%與金屬材料加工工件21表面加工和拋光凸點(diǎn) 處反應(yīng)生成FeCl 3, FeCl3的熔點(diǎn)較Fe低很多，這樣金屬材料表面凸點(diǎn)能加速、高效地被加工 和拋光去除，快速得到光亮的加工和拋光面。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0045] tfj jjS 傘 e+HCl -H +C1
[0046] e+NH4CI NH4"+cr：!
[0047] e+CCl4 C*+4Cl"
[0048] Fe+3Cl*FeCl3
[0049] 同時(shí)將聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24的連接電路也接入到控制電路19中，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24的控制也可 以通過控制電路19來實(shí)現(xiàn)。這樣，控制電路19可以控制本拋光技術(shù)過程中的等離子體發(fā) 生反應(yīng)氣體、拋光反應(yīng)氣體、射頻電源、高壓直流脈沖電源的輸出特性和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的加工和 拋光過程。
[0050] 高壓直流脈沖電源3通過接入脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4,可以實(shí)現(xiàn)輸出正負(fù)極的 可調(diào)。當(dāng)調(diào)節(jié)脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4,使金屬材料加工工件21表面接入高壓直流脈沖電 源3輸出的正極時(shí)，金屬材料加工工件21表面最初拋光的部位見其圖2左側(cè)凸起處，在高 壓脈沖放電的作用下，高壓擊穿通入的等離子體發(fā)生氣體，在放電電極8和金屬材料加工 工件21表面凸起處形成放電電弧，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)金屬材料加工工件21表面凸點(diǎn)蒸發(fā)去除，形成 的金屬加工和拋光表面見圖2中的左二圖所示，在這個(gè)過程中高壓擊穿通入的化學(xué)反應(yīng)氣 體，化學(xué)反應(yīng)氣體被電離，生成的高密度高活性激發(fā)態(tài)離子會(huì)附著在金屬材料加工工件21 表面凸起處，使得金屬材料加工工件21表面凸起位置熔化氣化溫度低，使放電電弧更容易 加工和拋光此位置。調(diào)節(jié)脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4,使金屬材料加工工件21表面接入高壓 直流脈沖電源3輸出的負(fù)極時(shí)，金屬材料加工工件21表面已經(jīng)拋光的凸點(diǎn)表面處，仍可實(shí) 現(xiàn)表層金屬離子的濺射，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)此拋光處的凸點(diǎn)的圓角光亮化。另外，通過控制放電脈 沖時(shí)間，還可實(shí)現(xiàn)放電電極材料的電離等離子體化，放電電極材料可以通過電弧放電通道 被電鍍到金屬材料表面。由以上實(shí)驗(yàn)過程，根據(jù)加工和拋光效果的需要，利用控制電路19 控制脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置4,不斷的更換電源的輸出正負(fù)極性，改變放電電極8和電磁振 蕩加載裝置11的參數(shù)，讓此加工和拋光過程不斷進(jìn)行下去，實(shí)現(xiàn)細(xì)拋和精拋和電鍍，最后 的金屬拋光表面如圖2右圖所不。
[0051] 本發(fā)明裝置中通過觀察氣體放電的伏安特性曲線來進(jìn)行相關(guān)參數(shù)檢測(cè)。當(dāng)在電極 兩端加上較低的電壓（未達(dá)到擊穿電壓）時(shí)，電子和離子在電場(chǎng)的作用下作定向運(yùn)動(dòng)，于是 電流從零開始逐漸增加，這時(shí)的電流值穩(wěn)定增長(zhǎng)，易于觀察和測(cè)量。
[0052] 使用時(shí)，先打開等離子體發(fā)生氣氣源22,通過控制電路19其輸出流量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定 的等離子體反應(yīng)發(fā)生氣輸出到石英管6內(nèi)。打開射頻電源1，這時(shí)射頻電源1和匹配器2的 電源輸出特性，將會(huì)在石英管6內(nèi)的氣體電離產(chǎn)生低溫等離子體磁流體導(dǎo)電通道?？刂坪?控制電路19的輸出，這時(shí)石英管6內(nèi)將源源不斷地有穩(wěn)定的等離子體磁流體導(dǎo)電通道的產(chǎn) 生。由于聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24和等離子炬整體連接，通過控制電路19調(diào)整聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24和等離子炬 整體與金屬材料21的拋光表面到一個(gè)理想的距離后，打開控制電路19關(guān)于高壓直流脈沖 電源3的控制部分，實(shí)現(xiàn)高壓直流脈沖電源3能提供100V?60KV連續(xù)可調(diào)直流高壓電，用 精度為10%的μ A電流表檢測(cè)高壓直流脈沖電源3的放電電流，Q-3V型電壓表檢測(cè)高壓直 流脈沖電源3的放電電壓。調(diào)整高壓直流脈沖電源3的輸出特性，實(shí)現(xiàn)金屬材料加工工件 21加工和拋光表面的粗加工和拋光、細(xì)加工和拋光、精密加工和拋光。
[0053] 在本發(fā)明的加工裝置中，控制電路19的控制過程是，首先打開射頻電源1的控制 信號(hào)，當(dāng)射頻電源1、匹配器2和螺旋線圈12能產(chǎn)生低溫等離子體磁流體通道時(shí)，再打開高 壓直流電源3脈沖放電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電電弧的形成后，最后打開電磁振蕩加載裝置11 的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)牽引放電電弧，大范圍加工和拋光材料表面。
[0054] 本發(fā)明的加工和拋光過程中，金屬材料加工工件21固定不動(dòng)，上端的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 24,通過掃描捕捉到的金屬材料加工工件21表面的信息，利用計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)生成相應(yīng)加 工和拋光軌跡，在計(jì)算機(jī)輸出的加工程序中，控制聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)24自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在金屬拋光表面的 有序移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)金屬表面的拋光。
[0055] 以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所 公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保 護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，其特征在于，該裝置包括射 頻電源（1)、射頻電源匹配器（2)、高壓直流脈沖電源（3)、脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置（4)、等離 子炬、加工保護(hù)罩（18)、控制電路（19)、工作臺(tái)（20)和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（24); 工作臺(tái)（20)用于放置待拋光金屬材料加工工件，加工保護(hù)罩（18)用于罩在待拋光金 屬材料加工工件（21)上，以收集廢棄的拋光物和氣體，加工保護(hù)罩（18)的上端留有用于加 工的開口； 等離子炬包括石英管（6)、石英管保護(hù)套（7)、脈沖放電電極（8)、電極絕緣保護(hù)套（9)、 進(jìn)氣裝置（10)、第一電磁振蕩加載裝置（11)、空心螺旋線圈、外部封裝絕緣保護(hù)套（15)、夕卜 部封裝絕緣保護(hù)套端蓋（25)和第二電磁振蕩加載裝置（26); 放電電極（8)、電極絕緣保護(hù)套（9)、密封圈（13)由內(nèi)至外同軸固定，并固定安裝在進(jìn) 氣裝置（10)的頂部通孔內(nèi)，石英管（6)的上端和石英管保護(hù)套（7) -起固定安裝在進(jìn)氣裝 置（10)底部通孔內(nèi)，進(jìn)氣裝置（10) -側(cè)還開有一個(gè)進(jìn)氣接口，用于與等離子體發(fā)生氣體氣 源和化學(xué)反應(yīng)氣體氣源連接；進(jìn)氣裝置（10)、密封圈（13)、放電電極（8)、電極絕緣保護(hù)套 (9)、石英管保護(hù)套（7)、石英管（6)均同軸放置，進(jìn)氣裝置（10)除進(jìn)氣接口外內(nèi)部保持密 封，電極絕緣保護(hù)套（9)和石英管保護(hù)套（7)均為密封； 在石英管（6)的上部安裝有第一電磁振蕩加載裝置（11)，在石英管（6)中部安裝有空 心螺旋線圈，且空心螺旋線圈緊密地纏繞在石英管（6)的外壁上，空心螺旋線圈內(nèi)部用于 通冷卻液；在進(jìn)氣裝置（10)外安裝有一個(gè)外部封裝絕緣保護(hù)套（15)，并將第一電磁振蕩加 載裝置（11)和空心螺旋線圈套在其內(nèi)；在外部封裝絕緣保護(hù)套（15)的下端安裝外部封裝 絕緣保護(hù)套端蓋（25)，石英管（6)底部穿過外部封裝絕緣保護(hù)套端蓋（25)，且其外套有第 二電磁振蕩加載裝置（11); 等離子炬中的空心螺旋線圈的一極用于與射頻電源（1)的一輸出極連接，另一極用于 與射頻電源匹配器（2)的一端連接，射頻電源匹配器（2)的另一端接入射頻電源（1)的另 一輸出極，形成一個(gè)射頻放電回路； 放電電極⑶與高壓直流脈沖電源阻抗（5) -端電連接，高壓直流脈沖電源阻抗（5) 另一端與脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置（4) 一極電連接，脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置（4)的另外一極 與高壓直流脈沖電源（3) -極電連接，高壓直流脈沖電源（3)的另外一極用于接入金屬材 料加工工件（21)表面，形成一個(gè)高壓直流脈沖放電回路； 控制電路（19)分別與射頻電源（1)、高壓直流脈沖電源（3)、脈沖電源極性調(diào)節(jié)裝置 (4)、第一電磁振蕩加載裝置、第二電磁振蕩加載裝置以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（24)電信號(hào)連接，以實(shí) 現(xiàn)對(duì)它們的控制； 等離子體炬安裝在聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（24)上，由聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（24)按照加工路徑帶動(dòng)等離子體炬 在待拋光金屬材料加工工件（21)表面移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)金屬材料復(fù)雜曲面的加工和拋光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，其特征在 于：脈沖放電電極為錐狀針尖構(gòu)造，電弧放電間距連續(xù)可調(diào)節(jié)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，其特征在 于：電極絕緣保護(hù)套（9)安裝在脈沖放電電極（8)的外圍，使脈沖放電電極（8)不和裝置的 其它金屬零件接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，其 特征在于，所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（24)為五自由度串聯(lián)式機(jī)器手臂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的金屬表面等離子體與脈沖放電復(fù)合拋光加工裝置，其 特征在于，在聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和等離子體炬連接的加工頭部安裝有一個(gè)加工曲面掃描裝置，掃描 加工曲面信息并由計(jì)算機(jī)給定加工和拋光面的加工路徑。
【文檔編號(hào)】B24B1/00GK104108054SQ201410276148
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】李建軍, 戴偉, 黃齊文, 趙航 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)