[發(fā)明專(zhuān)利]一種旋轉(zhuǎn)超聲加工振幅控制方法及標(biāo)定平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110573455.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113290390B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳濤;李浩田;李紅博;張益文;段振巖
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23P23/04
• 分類(lèi)號(hào): B23P23/04
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發(fā)明公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)超聲加工振幅控制方法及標(biāo)定平臺(tái)，具體步驟為：針對(duì)加工要求，規(guī)劃工藝參數(shù)；標(biāo)定刀具受載狀態(tài)，確定受載信息；通過(guò)標(biāo)定平臺(tái)檢測(cè)換能器靜態(tài)電學(xué)參數(shù)，確定補(bǔ)償方式及元件參數(shù)，依據(jù)受載信息獲取動(dòng)態(tài)電學(xué)參數(shù)；由電學(xué)參數(shù)計(jì)算換能器時(shí)間離散點(diǎn)諧振頻率、保持設(shè)定振幅所需的激勵(lì)電壓或電流及有功功率、頻率跟蹤算法激勵(lì)誤差，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)；加工過(guò)程中，依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)信息，超聲加工裝置控制系統(tǒng)由粗跟蹤、細(xì)跟蹤兩步實(shí)現(xiàn)振幅控制。并公開(kāi)了一種換能器標(biāo)定平臺(tái)及配套刀柄，主要用于上述旋轉(zhuǎn)超聲加工振幅控制方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)超聲加工領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)超聲加工振幅控制方法及標(biāo)定平臺(tái)。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)超聲加工是一種特種加工技術(shù)，它結(jié)合了傳統(tǒng)超聲加工與普通機(jī)械加工的材料去除方式，被證明是一種有效的硬脆性材料加工方法。旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置主要包括超聲電源、電能傳輸單元、刀柄、超聲換能器及刀具。其中，超聲電源為整個(gè)裝置提供電能，刀柄連接主軸與超聲換能器，換能器末端夾持刀具；而電能傳輸裝置則將電能從固定端傳輸至高速旋轉(zhuǎn)中的換能器。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，電能傳輸單元從傳統(tǒng)的碳刷-滑環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)展為非接觸式結(jié)構(gòu)。后者是典型的松耦合感應(yīng)能量傳輸系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是部件間無(wú)接觸，運(yùn)行過(guò)程無(wú)磨損、無(wú)電火花產(chǎn)生。但較之接觸式傳輸單元，非接觸傳輸單元由于漏感的存在，傳輸能力和效率較低。為了改善其工作效率，通常在原、副邊增加補(bǔ)償電路，且補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)一經(jīng)確定，在裝置運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法改變。

超聲換能器是旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置的核心部件，是一種典型的機(jī)電裝置。在加工過(guò)程中，換能器承受力-熱載荷，其電學(xué)參數(shù)、諧振頻率及阻抗特性會(huì)發(fā)生變化。超聲電源需要依據(jù)反饋信號(hào)，及時(shí)調(diào)整輸出、完成頻率跟蹤，以避免超聲振幅過(guò)渡衰減。目前，主要的頻率跟蹤算法有鎖相法、最大電流法、二分法等，上述算法在負(fù)載變化較慢、且變化量較小的條件下具有良好的跟蹤效果，但當(dāng)負(fù)載變化速度快及變化幅度較大時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)失效。而加工過(guò)程切削力波動(dòng)大且變化速度快，換能器工況屬于后一種情況，上述算法往往不能實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。另一方面，當(dāng)換能器電學(xué)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與換能器將會(huì)出現(xiàn)匹配失調(diào)現(xiàn)象，在該條件下，目前各頻率跟蹤算法所得諧振頻率與換能器實(shí)際諧振頻率往往存在偏差，該偏差在本文中被稱(chēng)為激勵(lì)誤差。上述現(xiàn)象將會(huì)增加頻率跟蹤實(shí)現(xiàn)難度，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路功率因數(shù)降低、換能器輸出功率下降，進(jìn)而致使旋轉(zhuǎn)超聲加工工藝效果劣化。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明旨在提供一種旋轉(zhuǎn)超聲加工振幅控制方法及相關(guān)設(shè)備。通過(guò)加工過(guò)程仿真獲取換能器載荷信息，利用標(biāo)定平臺(tái)對(duì)換能器施加模擬載荷，進(jìn)而獲取換能器電學(xué)參數(shù)變化規(guī)律，依據(jù)裝置電學(xué)模型、電學(xué)參數(shù)計(jì)算各時(shí)間離散點(diǎn)電源輸出頻率、電壓或電流；根據(jù)上述信息，加工過(guò)程中由粗跟蹤、細(xì)跟蹤兩步實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，解決振幅控制過(guò)程難以捕捉諧振頻率、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)不匹配引入額外誤差等問(wèn)題，提高振幅控制精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種旋轉(zhuǎn)超聲加工振幅控制方法，具體的步驟為：

一種旋轉(zhuǎn)超聲加工振幅控制方法，其特征在于：通過(guò)以下步驟進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：

S1:針對(duì)生產(chǎn)要求，選擇刀具類(lèi)型及尺寸，規(guī)劃加工路徑及參數(shù)；

S2:根據(jù)所述S1步驟工藝信息，標(biāo)定刀具各工步受載狀態(tài)，由理論或仿真模型計(jì)算刀具承受的力載荷，按照時(shí)間順序及離散時(shí)間間隔記錄刀具受載信息，刀具受載信息包括加工過(guò)程中刀具受到的三坐標(biāo)軸的力和轉(zhuǎn)矩及方向；

S3:將超聲刀柄固定于標(biāo)定平臺(tái)，檢測(cè)夾持刀具的換能器靜態(tài)電學(xué)參數(shù)，根據(jù)所述換能器靜態(tài)電學(xué)參數(shù)，確定非接觸式電能傳輸單元補(bǔ)償方式；依據(jù)所述加工過(guò)程刀具受載信息，按照時(shí)間順序由標(biāo)定平臺(tái)對(duì)刀具施加模擬載荷，記錄換能器動(dòng)態(tài)電學(xué)參數(shù)。