超聲復合電加工在線測控系統(tǒng)設計及試驗研究.pdf

1、超聲加工由于具有不受材料硬度和導電性影響的優(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合起來，可強化原有加工過程，提高加工速率，改善工件質量。研究發(fā)現(xiàn)，因超聲振動系統(tǒng)負載的變化、換能器發(fā)熱、工具頭損耗等原因，尤其當加工深度和面積增大時，超聲復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容。
　　文章首先分析了影響超聲復合電加工的主要因素，超聲振動是保證復合加工得以穩(wěn)定進行的首要條件，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，而超聲復合電加工中，加工間隙與超聲振動幅值、脈沖電壓、電導率等密切相關。
　　構建了超聲復合電加工參數在線檢測裝置，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。設計了指數形和階梯形變幅桿，定制了頻率達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進行在線檢測，核心檢測裝置激光微位移傳感器測量精度可達0.01μm，最高采樣頻率392 kHz，采用研華PCI-1706U同步數據采集卡將傳感器測量信號輸送至計算機。使用數字電位器替代超聲電源機械電位器，通過計算機與STM32單片機通訊控制數字電位器輸出電阻，進而實現(xiàn)對超聲電源電壓的調節(jié);使用RS232

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

5、硬質合金YT15和YG8、不銹鋼、壓電陶瓷等材料，通過進行大量實驗，分析各主要參數之間的相互影響關系及對加工效率、加工精度的影響。分別選用質量分數為3％、5％的亞硝酸鈉溶液，對溫度與電導率關系進行了試驗與分析;針對指數形、階梯形變幅桿組成的超聲振動系統(tǒng)，進行了超聲幅值與激勵電壓關系試驗，采用最小二乘法對實驗數據進行線性擬合，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行了加工試驗，對比了人工調節(jié)與自動調節(jié)超聲加工的穩(wěn)定性