超声复合电加工多能量作用机理及优化控制的研究与应用

发布时间：2020-06-01 20:36

【摘要】：随着制造业的飞速发展,现代工业产品向小型化、高精度方向发展。对于硬脆性材料,超声加工技术具有效率高、精度好的技术优势,但对于硬度高且韧性强(即脆性小)的材料,超声加工效率显著降低且工具头易磨损,超声加工与电加工有机复合的超声复合电加工技术,具有复合优势,能高精、高效进行硬度高、韧性强的零件加工。但超声复合电加工过程影响参数多且变化复杂,加工过程的稳定性常难以维持,为解决这一难题,本文进行超声复合电加工过程多能量作用机理及优化控制的研究与试验。本文概述超声加工、电火花加工、电解加工的原理与加工特性,分析国内外超声复合电加工技术的研究现状,对其主要加工参数的检测方法与控制技术进行了探讨,并拟定参数检测、控制方案;分析超声振动参数、电加工参数、工作液等参数,定量分析其加工效率、精度的影响规律,建立复合电加工效率模型;根据加工过程参数变化特性,提出有效控制措施与策略,可在线、实时调节超声振动能量、电加工能量匹配关系,保持加工过程的持续稳定与优化,有效提高加工效率、保证加工精度。构建、完善超声复合电加工系统,包括:超声振动装置、电加工装置、同步斩波电源、磁悬浮工作台等;选用多种高精、高速传感器、数据存储示波器、数据采集卡、I/O接口及控制器件等,设计、构建并完善复合电加工参数检测与控制系统,对超声振幅、电加工脉冲电源输出电压、电加工极间电流等参数进行在线检测,各参数检测的模拟信号经PCI-1706U数据采集卡,转化为计算机可识别运算的数字信号;由单片机STM32控制数字电位器(替换原手动机械电位器)控制超声电源;通过控制软件及输出接口,实时控制超声振幅(数字电位器调节超声电源激励电压)、电加工电压幅值及加电阈值区间。利用Visual C++6.0开发设计超声复合电加工检测与控制系统软件,实现加工条件设置及加工参数采集、处理、显示与存储功能。设计、制作多种端面截形的微细工具电极,选用硬质合金YT15和YG8、玻璃钢、不锈钢等材料,利用研制完善的具有参数检测与控制功能的超声复合电加工系统,进行超声复合电加工试验研究,分析主要参数对加工效率、加工精度的影响规律。采用单一超声加工试验,进行人工调节与系统软件自适应控制调节稳定性与加工效率对比试验;进行超声复合电加工参数试验,结果表明:参数检测与控制的超声复合电加工系统工作稳定,加工精度稳定,加工效率显著提高。
【图文】：

原理图,超声加工,原理,工具头

８逦扬州大学硕士学位论文逦逡逑第二章超声复合电加工多作用协调的机理分析逡逑２．１超声复合电加工的基本原理逡逑２．１．１超声加工机理逡逑超声加工的原理是通过工具头高频振动带动工作液中的磨粒高速撞击工件表面来去逡逑除材料［５（）］。如图２－１所示，超声加工装置的主要构成包括：超声波发生器、换能器、变幅逡逑杆、工具头和工作台等部分组成。高频交变激励电压经超声波发生器产生并传至换能器，逡逑换能器产生超声频振动，变幅杆将振动幅值扩大，此时变幅杆底端的工具头进行纵向超声逡逑频振动。将含有磨料的工作液滴加在工具头与工件之间，工具头的振动冲击磨料颗粒，使逡逑微细磨粒连续撞击工件表面。工具头端面在超声的高频振动作用下加速度变得很大，因此逡逑磨粒的冲击力很强，工件表面在工作液中的微细磨粒持续不断的冲击下被碎除，伴随着超逡逑声“空化”作用可搅拌加工区的磨料和工作液及时循环更新，强化材料的去除碎除作用。逡逑

示意图,电火花加工机

逦９逡逑图２－２为超声复合电解加工机理图，该加工方法将超声加工与电解加工复合在一起，逡逑发挥各自的优势达到去除材料的目的。以超声加工装置为试验设施，电解加工电源的正极逡逑接在工件一端，负极接在工具头一端，工作液为一定质量分数的磨料悬浮液［５２］。逡逑２．１．３超声复合电火花加工机理逡逑电火花加工不受工件硬度的影响，且加工精度较高，，适用于难加工金属材料。但是由逡逑于火花放电加工过程中，排屑条件、极性效应和电弧脉冲等因素的影响，加工精度和效率逡逑会有所下降［５３］。超声复合电火花加工可以利用超声振动所产生的泵吸与空化作用，来改善逡逑排屑条件，同时改良电极损耗和材料去除效率。逡逑图２－３为超声复合电火花加工机理示意图，在一次振动中如图（ａ）邋￣邋（ｄ）工具头下压逡逑到工件表面
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG66

【参考文献】