一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构及其修正方法技术

一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构及其修正方法，所述数控修正结构适用于数控车床，包括声学振动组件、专用夹具、导电滑环、阻抗分析仪和PC端，声学振动组件通过专用夹具固定在三爪卡盘上，导电滑环安装在数控车床的左端空心主轴上，阻抗分析仪通过导电滑环连接超声换能器，PC端与阻抗分析仪、数控车床的数控系统连接，通过夹持超声换能器的法兰盘以固定，实现声学振动组件的免拆卸修正，通过导电滑环的使用，实现声学性能参数实时检测，考虑局部结构的影响，使修正模型的精度大大提高，经修正模型计算的修正尺寸，不仅谐振频率得到了修正，位移节点也得到修正，不仅可以单独修正超声变幅杆，而且对带工具头的超声变幅杆同样适用。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构及其修正方法
本专利技术属于超声加工
，具体涉及一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构及其修正方法。
技术介绍
Nomex蜂窝复合材料是航空、航天、导弹制造领域的一种重要材料，具有重量轻、密度小、比强度高，自熄性好、绝缘性能和化学特性优良等特点。传统加工方法使NOMEX蜂窝的蜂格会出现变形、塌陷、撕裂拉毛等质量缺陷；针对Nomex蜂窝传统加工存在的诸多问题，一种融合超声加工技术与数控加工技术的超声辅助切割加工技术的出现完美的解决了这些问题。超声加工系统一般由超声波发生器和声学振动组件(换能器、变幅杆、工具头)组成。在整个超声加工系统中，超声电源提供高频的电能经换能器转化成高频机械振动传递给变幅杆使振幅放大，大振幅的工具头对材料进行加工。在实际的应用中，装配、局部结构、材料不均匀性和泊松效应的影响，理论设计的超声变幅杆的实际谐振频率远低于工作频率、位移节点偏离法兰，造成电源不匹配、法兰处振动过大，工具头振幅达不到要求等问题。为使制造的超声变幅杆的性能参数达到设计要求，一般对超声变幅杆的结构尺寸进行修正。传统的超声变幅杆修正方法通过试修法进行修正，需要多次装夹实现超声变幅杆的前端和后端尺寸的加工，并需要多次试切和检测才能达到设计要求。在试修过程中需要不断装拆超声变幅杆进行加工和检测，修正效率低，精度低，同时，会产生节点偏离法兰的距离不可控问题，造成法兰的位置和超声变幅杆的节点发生偏离，法兰处振动过大。
技术实现思路
针对以上不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构及其修正方法，用于解决超声变幅杆谐振频率与设计值误差大、位移节点偏离法兰位置，而造成的声学振动组件无法正常工作等问题。提出了一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正方法，不仅可以修正谐振频率而且可以修正法兰节点的位置。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构，所述数控修正结构适用于数控车床，包括声学振动组件、专用夹具、导电滑环、阻抗分析仪和PC端，声学振动组件通过专用夹具固定在数控车床的三爪卡盘上，导电滑环安装在数控车床左端空心主轴上，阻抗分析仪通过导电滑环连接超声换能器，PC端与阻抗分析仪、数控车床的数控系统连接。进一步的，声学振动组件包括超声换能器和超声变幅杆，超声变幅杆安装在超声换能器上，导电滑环安装在数控车床左端空心主轴上，以使阻抗分析仪通过导电滑环获取超声变幅杆的谐振频率。进一步的，超声变幅杆包括变幅杆主体、连接螺钉和工具头，连接螺钉、工具头分别固定连接在变幅杆主体的两侧端面上。上述考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构的修正方法，包括以下步骤，(1)组装声学振动组件；(2)将声学振动组件通过专用夹具固定在数控车床的三爪卡盘上；(3)安装导电滑环，将阻抗分析仪通过导电滑环与超声换能器连接；(4)PC端控制阻抗分析仪实现谐振频率的测量，根据所得测量值计算修正余量并进行修正程序的生成；(5)PC端给数控车床的数控系统传递数控编程，实现余量的修正。进一步的，步骤(4)包括无工具头修正法和有工具头修正法。进一步的，无工具头修正法包括以下步骤，(4.1.1)将无工具头的超声变幅杆与超声换能器有效连接，通过阻抗分析仪获取超声变幅杆的谐振频率，通过变幅杆的频率方程可推出实际等效声速的计算模型，获得等效声速，对声速进行修正；(4.1.2)将等效声速代入性能参数计算模型，建立修正模型，以放大倍数不变为目标函数，以目标谐振频率、节点位置为约束，经SQP优化算法确定修调几何尺寸；(4.1.3)进行数控编程导入数控机床，进行余量加工，实现变幅杆性能参数的修正。进一步的，有工具头修正法包括以下步骤，(4.2.1)先测未安装工具头情况下的谐振频率，记谐振频率1后，求得等效声速进行声速修正；然后连接工具头，测得谐振频率2，将谐振频率2与等效声速代入有工具头的谐振频率方程，确定工具头的等效半径；(4.2.2)将等效声速、工具头等效半径代入机械四端网络模型，确定性能参数计算模型，建立修正模型，以放大倍数不变为目标函数，以目标谐振频率、节点位置固定在法兰的中点为约束，经SQP优化算法确定修调几何尺寸；(4.2.3)拆下工具头，进行数控编程导入数控机床，实现余量加工，实现变幅杆性能参数的修正。进一步的，SQP优化算法利用超声变幅杆的计算模型建立，以放大倍数修正前后差值最小为目标函数，以谐振频率为目标频率、位移节点落在法兰中点为约束条件。进一步的，超声变幅杆的参数计算模型为：进一步的，目标频率F代入：目标函数：约束条件：本专利技术的有益效果是，(1)通过夹持超声换能器的法兰盘以固定，实现声学振动组件的免拆卸修正。(2)通过导电滑环的使用，实现声学性能参数实时检测。(3)考虑局部结构的影响，使修正模型的精度大大提高。(4)经修正模型计算的修正尺寸，不仅谐振频率得到了修正，位移节点也得到修正。(5)不仅可以单独修正超声变幅杆，而且对带工具头的超声变幅杆同样适用。(6)利用SQP优化算法，大大提高了计算模型的计算速度与准确度。附图说明图1是本专利技术的超声变幅杆的数控修正系统框图。图2是本专利技术的超声变幅杆的修正系统流程图。图3是本专利技术的考虑局部结构的带工具头圆锥形超声变幅杆的示意图。图4是超声变幅杆去除工具头状态下的等效声速及谐振频率的模型图。图5是超声变幅杆安装工具头状态下的工具头等效半径及谐振频率的模型图。图6是本专利技术的位移节点和放大倍数的模型图。图7是图6的部分截取图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步描述。如图1所示，一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构，所述数控修正结构适用于数控车床3，包括声学振动组件1、专用夹具2、导电滑环4、阻抗分析仪5和PC端6，声学振动组件1通过专用夹具2固定在数控车床的三爪卡盘9上，导电滑环4安装在数控车床3左端空心主轴上，阻抗分析仪5通过导电滑环4连接超声换能器8，PC端6与阻抗分析仪5、数控车床的数控系统10连接。声学振动组件1包括超声换能器8和超声变幅杆7，超声变幅杆7安装在超声换能器8上，专用夹具2夹持声学振动组件1并固定在数控车床的三爪卡盘9上，导电滑环4安装在数控车床3左端空心主轴上，优选的，导电滑环4连接超声换能器8与阻抗分析仪5，以使阻抗分析仪5通过导电滑环4获取超声变幅杆7的谐振频率。如图3所示，超声变幅杆7包括变幅杆主体11、连接螺钉12和工具头13，连接螺钉12、工具头13分别固定连接在变幅杆主体11的两侧端面上。上述考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构的修正方法，包括以下步骤，(1)组装声学振动组件；(2)将声学振动组件通过专用夹具固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构，所述数控修正结构适用于数控车床(3)，其特征在于，包括声学振动组件(1)、专用夹具(2)、导电滑环(4)、阻抗分析仪(5)和PC端(6)，声学振动组件(1)通过专用夹具(2)固定在数控车床的三爪卡盘(9)上，导电滑环(4)安装在数控车床(3)左端空心主轴上，阻抗分析仪(5)通过导电滑环(4)连接超声换能器(8)，PC端(6)与阻抗分析仪(5)、数控车床的数控系统(10)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构，所述数控修正结构适用于数控车床(3)，其特征在于，包括声学振动组件(1)、专用夹具(2)、导电滑环(4)、阻抗分析仪(5)和PC端(6)，声学振动组件(1)通过专用夹具(2)固定在数控车床的三爪卡盘(9)上，导电滑环(4)安装在数控车床(3)左端空心主轴上，阻抗分析仪(5)通过导电滑环(4)连接超声换能器(8)，PC端(6)与阻抗分析仪(5)、数控车床的数控系统(10)连接。


2.根据权利要求1所述的一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构，其特征在于，声学振动组件包括超声换能器(8)和超声变幅杆(7)，超声变幅杆(7)安装在超声换能器(8)上，导电滑环(4)安装在数控车床(3)左端空心主轴上，以使阻抗分析仪(5)通过导电滑环(4)获取超声变幅杆(7)的谐振频率。


3.根据权利要求2所述的一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构，其特征在于，超声变幅杆(7)包括变幅杆主体(11)、连接螺钉(12)和工具头(13)，连接螺钉(12)、工具头(13)分别固定连接在变幅杆主体的两侧端面上。


4.一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构的修正方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)组装声学振动组件；
(2)将声学振动组件通过专用夹具固定在数控车床的三爪卡盘上；
(3)安装导电滑环，将阻抗分析仪通过导电滑环与超声换能器连接；
(4)PC端控制阻抗分析仪实现谐振频率的测量，根据所得测量值计算修正余量并进行修正程序的生成；
(5)PC端给数控车床的数控系统传递数控编程，实现余量的修正。


5.根据权利要求4所述的一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构的修正方法，其特征在于，步骤(4)包括无工具头修正法和有工具头修正法。


6.根据权利要求5所述的一种考虑局部结构的超声变幅杆数控修正结构的修正方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：段宇辉，叶红仙，胡小平，于保华，杨帆，饶忠于，刘欣，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33