【技术实现步骤摘要】
一种旋转超声加工振幅控制方法及标定平台
本专利技术属于旋转超声加工领域,具体涉及一种旋转超声加工振幅控制方法及标定平台。
技术介绍
旋转超声加工是一种特种加工技术,它结合了传统超声加工与普通机械加工的材料去除方式,被证明是一种有效的硬脆性材料加工方法。旋转超声加工装置主要包括超声电源、电能传输单元、刀柄、超声换能器及刀具。其中,超声电源为整个装置提供电能,刀柄连接主轴与超声换能器,换能器末端夹持刀具;而电能传输装置则将电能从固定端传输至高速旋转中的换能器。随着技术的进步,电能传输单元从传统的碳刷-滑环结构发展为非接触式结构。后者是典型的松耦合感应能量传输系统,其主要优点是部件间无接触,运行过程无磨损、无电火花产生。但较之接触式传输单元,非接触传输单元由于漏感的存在,传输能力和效率较低。为了改善其工作效率,通常在原、副边增加补偿电路,且补偿网络参数一经确定,在装置运行过程中无法改变。超声换能器是旋转超声加工装置的核心部件,是一种典型的机电装置。在加工过程中,换能器承受力-热载荷,其电学参数、谐振频率及阻抗特性会发生变化。超声电源需要依据反馈信号,及时调整输出、完成频率跟踪,以避免超声振幅过渡衰减。目前,主要的频率跟踪算法有锁相法、最大电流法、二分法等,上述算法在负载变化较慢、且变化量较小的条件下具有良好的跟踪效果,但当负载变化速度快及变化幅度较大时,往往会出现失效。而加工过程切削力波动大且变化速度快,换能器工况属于后一种情况,上述算法往往不能实现频率跟踪。另一方面,当换能器电学参数发生变化时,补偿网络与 ...
【技术保护点】
1.一种旋转超声加工振幅控制方法,其特征在于:通过以下步骤进行实现:/nS1:针对生产要求,选择刀具类型及尺寸,规划加工路径及参数;/nS2:根据所述S1步骤工艺信息,标定刀具各工步受载状态,由理论或仿真模型计算刀具承受的力载荷,按照时间顺序及离散时间间隔记录刀具受载信息,刀具受载信息包括加工过程中刀具受到的三坐标轴的力和转矩及载荷方向;/nS3:将超声刀柄固定于标定平台,检测夹持刀具的换能器静态电学参数,根据所述换能器静态电学参数,确定非接触式电能传输单元补偿方式,计算补偿元件参数;依据所述加工过程刀具受载信息,按照时间顺序由标定平台对刀具施加模拟载荷,记录换能器动态电学参数;/nS4:依据超声加工装置电学模型及所述换能器动态电学参数,计算各时间离散点处换能器谐振频率、保持设定振幅所需的激励电压或电流及有功功率,同时,计算锁相法或最大电流法等频率跟踪算法激励误差,将各时间离散点处换能器谐振频率、保持设定振幅所需的激励电压或电流及有功功率、频率跟踪算法的激励误差,储存至工艺数据库;/nS5:加工过程中,依据所述工艺信息数据库,超声加工装置控制系统由粗跟踪、细跟踪两步实现振幅控制。/n
【技术特征摘要】
1.一种旋转超声加工振幅控制方法,其特征在于:通过以下步骤进行实现:
S1:针对生产要求,选择刀具类型及尺寸,规划加工路径及参数;
S2:根据所述S1步骤工艺信息,标定刀具各工步受载状态,由理论或仿真模型计算刀具承受的力载荷,按照时间顺序及离散时间间隔记录刀具受载信息,刀具受载信息包括加工过程中刀具受到的三坐标轴的力和转矩及载荷方向;
S3:将超声刀柄固定于标定平台,检测夹持刀具的换能器静态电学参数,根据所述换能器静态电学参数,确定非接触式电能传输单元补偿方式,计算补偿元件参数;依据所述加工过程刀具受载信息,按照时间顺序由标定平台对刀具施加模拟载荷,记录换能器动态电学参数;
S4:依据超声加工装置电学模型及所述换能器动态电学参数,计算各时间离散点处换能器谐振频率、保持设定振幅所需的激励电压或电流及有功功率,同时,计算锁相法或最大电流法等频率跟踪算法激励误差,将各时间离散点处换能器谐振频率、保持设定振幅所需的激励电压或电流及有功功率、频率跟踪算法的激励误差,储存至工艺数据库;
S5:加工过程中,依据所述工艺信息数据库,超声加工装置控制系统由粗跟踪、细跟踪两步实现振幅控制。
2.如权利要求1所述的一种旋转超声加工振幅控制方法,其特征在于:所述S2中由理论或仿真模型计算所得力载荷包括:加工过程中,刀具沿各坐标轴所受轴向力值、所受扭矩值,所记录的离散时间间隔点处载荷值为相邻离散时间间隔内载荷均值。
3.如权利要求1所述的一种旋转超声加工振幅控制方法,其特征在于:所述标定平台对刀具施加模拟载荷,具体为:依据加工过程中刀具受载信息及换能器实际工况,在标定平台上按照时间顺序依次激励换能器、对刀具施加或卸载各轴载荷及扭矩。
4.如权利要求1所述的一种旋转超声加工振幅控制方法,其特征在于:所述粗跟踪、细跟踪过程,具体为:
各时间间隔点处,超声加工装置控制系统根据工艺数据库提供的当前时刻谐振频率、激励电压或电流及有功功率调整输出,完成粗跟踪;
在单个时间间隔内,依据所述频率跟踪算法,并结合该时间间隔内算法激励误差,精细调整电源输出频率及电压或电流值,完成若干次频率细跟踪。
5.一种用于标定换能器电学参数的标定平台,其特征在于:使用权利要求1或2或3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈涛,李浩田,李红博,张益文,段振岩,
申请(专利权)人:武汉理工大学,
类型:发明
国别省市:湖北;42
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