超聲復(fù)合電加工在線測控系統(tǒng)設(shè)計及試驗研究.pdf

1、超聲加工由于具有不受材料硬度和導(dǎo)電性影響的優(yōu)點，是硬脆性難加工材料的有效加工方法。但對于硬度高且韌性強的材料，其加工效率較低且工具頭易磨損，而放電、電解加工具有不受金屬材料本身力學(xué)性能的影響和加工過程中工具頭磨損低（或無）的特點。將超聲、放電、電解三種加工方式結(jié)合起來，可強化原有加工過程，提高加工速率，改善工件質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，因超聲振動系統(tǒng)負(fù)載的變化、換能器發(fā)熱、工具頭損耗等原因，尤其當(dāng)加工深度和面積增大時，超聲復(fù)合電加工過程的狀態(tài)值難

2、以保持穩(wěn)定，基于此，本文提出了以下主要研究內(nèi)容。
　　文章首先分析了影響超聲復(fù)合電加工的主要因素，超聲振動是保證復(fù)合加工得以穩(wěn)定進(jìn)行的首要條件，頻率和幅值對超聲加工速度起到最重要的影響。加工間隙是影響放電、電解作用最關(guān)鍵的因素，較小的加工間隙可獲得較高的加工精度，而超聲復(fù)合電加工中，加工間隙與超聲振動幅值、脈沖電壓、電導(dǎo)率等密切相關(guān)。
　　構(gòu)建了超聲復(fù)合電加工參數(shù)在線檢測裝置，包括超聲振動裝置、高頻脈沖電源、磁懸浮工作臺、同

3、步斬波電源、信號檢測與控制單元。設(shè)計了指數(shù)形和階梯形變幅桿，定制了頻率達(dá)100 kHz的脈沖電源，選用多種高速、高精傳感器對加工過程參數(shù)進(jìn)行在線檢測，核心檢測裝置激光微位移傳感器測量精度可達(dá)0.01μm，最高采樣頻率392 kHz，采用研華PCI-1706U同步數(shù)據(jù)采集卡將傳感器測量信號輸送至計算機。使用數(shù)字電位器替代超聲電源機械電位器，通過計算機與STM32單片機通訊控制數(shù)字電位器輸出電阻，進(jìn)而實現(xiàn)對超聲電源電壓的調(diào)節(jié);使用RS232

4、串口對激光位移傳感器輸入命令，實現(xiàn)對其參數(shù)的設(shè)置，通過定時自動歸零消除環(huán)境造成的測量零面漂移。利用虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW平臺，編寫了超聲復(fù)合電加工測控系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理、存儲及對加工狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測;基于VISA函數(shù)開發(fā)了串口通訊程序，設(shè)計了電壓及激光位移傳感器公差比較器值自動調(diào)節(jié)模塊，可根據(jù)加工過程的幅值變化及時調(diào)整超聲激勵電壓與改變HI、LO值。
　　調(diào)試和完善了超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)，設(shè)計與制作微細(xì)工具電極，選用

5、硬質(zhì)合金YT15和YG8、不銹鋼、壓電陶瓷等材料，通過進(jìn)行大量實驗，分析各主要參數(shù)之間的相互影響關(guān)系及對加工效率、加工精度的影響。分別選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％、5％的亞硝酸鈉溶液，對溫度與電導(dǎo)率關(guān)系進(jìn)行了試驗與分析;針對指數(shù)形、階梯形變幅桿組成的超聲振動系統(tǒng)，進(jìn)行了超聲幅值與激勵電壓關(guān)系試驗，采用最小二乘法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得出超聲幅值與激勵電壓公式。采用單一超聲對金屬與非金屬材料進(jìn)行了加工試驗，對比了人工調(diào)節(jié)與自動調(diào)節(jié)超聲加工的穩(wěn)定性