监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统及方法，其中涉及的监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，包括：模拟超声发生器模块，用于产生超声频信号；变压器模块，用于调节超声频信号相对应的谐振频率；匹配元件模块，用于控制变压器调节的谐振频率，得到最终谐振频率；声学模块，用于将得到的谐振频率相对应的高频电能转换为刀加工过程中的机械振动，并将机械振动的质点位移或速度放大；阻抗分析仪模块，用于测量刀加工过程中的谐振频率，得到谐振频率的具体数值；计算机模块，用于分析和处理得到的谐振频率的具体数值，并结合蜂窝复合材料的主要力与谐振频率的关系，得到主要力的数值。得到主要力的数值。得到主要力的数值。

【技术实现步骤摘要】
监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统及方法


[0001]本专利技术涉及超精密切削加工
，尤其涉及监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统及方法。

技术介绍

[0002]随着时代的发展和社会的进步，工业发展中的超精密特种加工有着不可替代的作用，而超声加工更是在超精密特种加工过程中占有非常重要的地位。
[0003]在超声圆盘刀切削蜂窝复合材料时，刀具的状态直接影响到加工精度、质量、效率等，所以有必要通过一定手段监测加工过程中刀具的实时状态，在目前理论和实验研究中，通过监测切削力这一重要参数来实现对刀具状态的实时监测成为一个主流，国内外学者在此展开了大量研究，切削力的实时变化不仅可以反映加工运行的平稳程度，还可以监测刀具状态，估计工件加工质量，以便及时做出调整。
[0004]目前监测切削力的主要手段是通过测力台，随着传感器技术的不断发展，各种各样的传感器被应用到测力台当中，诸如压电式、电阻式、电容式、压电薄膜、声表面波式等，其中应用最为广泛的为压电式传感器，主要是由于其精度较高，静动态性能较好，能够适应各种环境。但是这种方式没有直接反映刀具动态力，成本较高，结构比较复杂，应用不是很广泛，大多局限于实验室使用。
[0005]目前，还缺乏一种更快速直接得到超声加工过程中切削力状态的装置和方法，由于超声圆盘刀切削蜂窝复合材料时，X轴力为主要研究的力，所以用一种快速，直接的方法得到X轴力的变化过程对研究进程至关重要，所以需要一种能够监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料过程X轴力的系统及方法。
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技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统及方法，解决了在超声圆盘刀切削蜂窝复合材料时加工过程中不能直接监测刀具所受动态力，监测手段较为复杂，成本高昂，实用性不足等问题。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，包括：
[0009]模拟超声发生器模块，用于产生超声频信号；
[0010]变压器模块，与所述模拟超声发生器模块连接，用于调节超声频信号相对应的谐振频率；
[0011]匹配元件模块，与所述变压器模块连接，用于控制变压器调节的谐振频率，得到最终谐振频率；
[0012]声学模块，与所述匹配元件模块连接，用于将得到的谐振频率相对应的高频电能转换为刀加工过程中的机械振动，并将机械振动的质点位移或速度放大；
[0013]阻抗分析仪模块，与所述声学模块连接，用于测量刀加工过程中的谐振频率，得到
谐振频率的具体数值；
[0014]计算机模块，与所述阻抗分析仪模块连接，用于分析和处理得到的谐振频率的具体数值，并结合蜂窝复合材料的主要力与谐振频率的关系，得到主要力的数值。
[0015]进一步的，所述变压器模块中调节超声频信号相对应的谐振频率是通过调节电压来调节谐振频率的。
[0016]进一步的，所述声学模块包括换能器和变幅杆；
[0017]换能器，用于将高频电能转换为机械振动；
[0018]变幅杆，用于将机械振动的质点位移或速度放大。
[0019]进一步的，所述阻抗分析仪模块中得到谐振频率的具体数值具体是通过声学模块中复数电阻随谐振频率的变化得到的。
[0020]进一步的，所述计算机模块中蜂窝复合材料的主要力与谐振频率的关系具体为：
[0021]当5≤F≤10时，表示为：
[0022][0023]当10≤F≤30时，表示为：
[0024][0025]其中，F表示主要力。
[0026]相应的，还提供监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的方法，包括：
[0027]S1.模拟超声发生器模块产生超声频信号；
[0028]S2.变压器模块调节超声频信号相对应的谐振频率；
[0029]S3.匹配元件模块控制变压器调节的谐振频率，得到最终谐振频率；
[0030]S4.声学模块将得到的谐振频率相对应的高频电能转换为刀加工过程中的机械振动，并将机械振动的质点位移或速度放大；
[0031]S5.阻抗分析仪模块测量刀加工过程中的谐振频率，得到谐振频率的具体数值；
[0032]S6.计算机模块分析和处理得到的谐振频率的具体数值，并结合蜂窝复合材料的主要力与谐振频率的关系，得到主要力的数值。
[0033]进一步的，所述步骤S2中调节超声频信号相对应的谐振频率是通过调节电压来调节谐振频率的。
[0034]进一步的，所述步骤S4具体包括：
[0035]S41.换能器将高频电能转换为机械振动；
[0036]S42.变幅杆将机械振动的质点位移或速度放大。
[0037]进一步的，所述步骤S5中得到谐振频率的具体数值具体是通过声学模块中复数电阻随谐振频率的变化得到的。
[0038]进一步的，所述步骤S6中蜂窝复合材料的主要力与谐振频率的关系具体为：
[0039]当5≤F≤10时，表示为：
[0040][0041]当10≤F≤30时，表示为：
[0042][0043]其中，F表示主要力。
[0044]与现有技术相比，本专利技术的监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料过程X轴力的系统及方法能够更为快速直接的得到超声圆盘刀切削蜂窝复合材料时X轴的力；本专利技术解决了以往测力台系统结构复杂，价格高，体积大，安装使用不方便，不能直接测量刀具动态力等问题。本专利技术具有结构简单紧凑、使用方便简单、成本低、实用性强、能监测超声刀具切削力。
附图说明
[0045]图1是实施例一提供的监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统结构图；
[0046]图2是实施例二提供的阻抗分析仪测量谐振频率界面图；
[0047]图3是实施例二提供的谐振频率与X轴力的关系图。
具体实施方式
[0048]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0049]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统及方法。
[0050]实施例一
[0051]本实施例提供监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，如图1所示，包括：
[0052]模拟超声发生器模块11，用于产生超声频信号；
[0053]变压器模块12，与模拟超声发生器模块11连接，用于调节超声频信号相对应的谐振频率；
[0054]匹配元件模块13，与变压器模块12连接，用于控制变压器调节的谐振频率，得到最终谐振频率；
[0055]声学模块14，与匹配元件模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，其特征在于，包括：模拟超声发生器模块，用于产生超声频信号；变压器模块，与所述模拟超声发生器模块连接，用于调节超声频信号相对应的谐振频率；匹配元件模块，与所述变压器模块连接，用于控制变压器调节的谐振频率，得到最终谐振频率；声学模块，与所述匹配元件模块连接，用于将得到的谐振频率相对应的高频电能转换为刀加工过程中的机械振动，并将机械振动的质点位移或速度放大；阻抗分析仪模块，与所述声学模块连接，用于测量刀加工过程中的谐振频率，得到谐振频率的具体数值；计算机模块，与所述阻抗分析仪模块连接，用于分析和处理得到的谐振频率的具体数值，并结合蜂窝复合材料的主要力与谐振频率的关系，得到主要力的数值。2.根据权利要求1所述的监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，其特征在于，所述变压器模块中调节超声频信号相对应的谐振频率是通过调节电压来调节谐振频率的。3.根据权利要求1所述的监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，其特征在于，所述声学模块包括换能器和变幅杆；换能器，用于将高频电能转换为机械振动；变幅杆，用于将机械振动的质点位移或速度放大。4.根据权利要求1所述的监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，其特征在于，所述阻抗分析仪模块中得到谐振频率的具体数值具体是通过声学模块中复数电阻随谐振频率的变化得到的。5.根据权利要求1所述的监测超声圆盘刀加工蜂窝复合材料主要力的系统，其特征在于，所述计算机模块中蜂窝复合材料的主要力与谐振频率的关系具体为：当5≤F≤10时，表...

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