超声振动—磨削—脉冲放电复合加工技术及其智能控制的研究

论文摘要

硬脆材料常用的加工方法很多，但现有加工方法各有利弊。超硬脆材料的难加工性制约了其推广应用。本文查阅了大量的相关文献，结合当前常用的加工方法，在已有研究成果的基础上提出了超声振动-磨削-脉冲放电复合加工技术及其智能控制的研究课题，对复合加工的加工机理、复合加工控制系统的硬件结构、加工智能控制系统的构建、加工参数的优化选择、复合加工工艺数据库的设计实现及在Window 2000环境下系统软件的实现等进行了深入系统地研究。 本文通过建立复合加工过程的物理模型对复合加工的加工机理进行了深入系统的分析，指出在复合加工过程中放电加工、磨削加工和超声波加工互为有利条件，放电加工产生的表面变质层和表面拉应力有利于磨削加工和超声波加工的材料去除，磨削加工和超声波加工生成的新鲜表面为下一次脉冲放电做好准备。超声振动产生的空化作用、泵吸作用和涡流作用提高脉冲放电加工和磨削加工的效率；超声振动改变了磨粒的运动路径，从而减小了磨削力和磨削加工的有效加工时间，在加工区域产生明显的应力和能量传递集中现象，减少材料内部微观裂纹和表面破碎的产生。 研制开发了一套超声振动-磨削-脉冲放电复合加工数控机床，详细介绍了数控机床关键性部件主轴和超声振动系统设计，采用高精度旋转集流环解决了工具电极的超声振动信号输入问题，采用高精度花岗石套解决工具电极的旋转精度问题。实现了磨削加工、超声波加工和电火花加工及其复合加工。 详细分析阐述了数控系统各部分的功能和工作原理，并给出了具体的实现过程。在超声振动-磨削-脉冲放电复合加工数控系统的研究基础上，建立了复合加工过程数控系统的总体架构，系统硬件采用了工控PC+NC组成的主从分布式多CPU控制模式，以工控PC为上位机，实现后台任务管理；PMAC-Ⅰ型运动控制器、脉冲电源CPU和超声电源CPU作为下位机实现加工过程的前台处理任务。 试验确定了复合加工各参数对加工工艺效果的影响曲线，采用神经网络技术

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 复合加工技术的研究现状与发展趋势
• 1.1.1 电火花加工技术的研究现状与发展趋势
• 1.1.2 超声波加工技术研究现状与发展趋势
• 1.1.3 磨削加工技术研究现状与发展前景
• 1.1.4 超声-电火花复合加工技术研究现状与发展前景
• 1.1.5 超声振动-磨削-放电复合加工研究现状与发展前景
• 1.2 国内外开放式数控技术的最新进展
• 1.2.1 开放式数控技术
• 1.2.2 智能化的加工过程控制技术的应用
• 1.3 特种加工数控技术的发展概况
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 复合加工数控技术的发展趋势
• 1.4 本课题的提出、目的意义及研究内容
• 第2章 超声振动-磨削-脉冲放电复合加工机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 超声振动-磨削-脉冲放电复合加工实现
• 2.3 电火花加工机理分析
• 2.4 超声波加工机理
• 2.4.1 超声波磨料捶击作用
• 2.4.2 悬浮磨料的冲击作用
• 2.4.3 超声振动的能量传播
• 2.5 磨削加工机理
• 2.6 超声振动-磨削-脉冲放电复合加工机理研究
• 2.6.1 工具电极的超声振动对脉冲放电过程的改善作用
• 2.6.2 超声波振动对磨削加工的影响
• 2.6.3 脉冲放电加工对复合加工过程的改善
• 2.7 小结
• 第3章 基于NC嵌入PC控制的复合加工数控机床的实现
• 3.1 引言
• 3.2 基于PC的复合特种加工数控系统的结构与组成
• 3.3 复合加工机床结构设计
• 3.3.1 复合加工机床主轴设计
• 3.3.2 工作台X、Y方向运动机构
• 3.3.3 超声波系统设计
• 3.4 基于PC的复合加工数控系统的硬件结构的开放式设计
• 3.4.1 基于PC的复合加工数控系统的硬件结构总体设计
• 3.4.2 伺服驱动控制系统设计
• 3.4.3 复合加工电源设计
• 3.4.4 超声波振动控制系统设计
• 3.5 小结
• 第4章 复合加工过程加工参数智能选择
• 4.1 引言
• 4.2 超声振动-磨削-脉冲放电复合加工规律分析
• 4.2.1 脉宽的影响
• 4.2.2 脉间的影响
• 4.2.3 峰值电流的影响
• 4.2.4 振动参数对材料去除率的影响
• 4.2.5 开路电压与材料去除率之间的关系
• 4.2.6 非电参数的影响因素分析
• 4.3 复合加工参数选择数学模型的建立
• 4.3.1 电火花加工过程电规准的选择
• 4.3.2 复合加工过程加工参数选择数学模型
• 4.4 基于人工神经网络的复合加工智能参数选择模型
• 4.4.1 基于人工神经网络的复合加工工艺参数选择结构
• 4.4.2 复合加工参数优化网络模型
• 4.5 网络学习算法-BP算法
• 4.6 复合加工参数智能预测系统模型验证
• 4.7 小结
• 第5章 复合加工系统分析及智能控制系统的设计
• 5.1 复合加工过程
• 5.2 控制系统输入输出参数的确定
• 5.2.1 控制系统输入参数的确定
• 5.2.2 控制系统输出参数的确定
• 5.3 复合加工过程模糊控制器总体设计
• 5.4 复合加工控制方案选择和设计
• 5.4.1 伺服驱动系统双模控制方案
• 5.4.2 加工参数模糊神经网络控制器
• 5.4.3 加工过程抬刀控制
• 5.5 超声振动-磨削-脉冲放电复合加工模糊控制器算法设计
• 5.5.1 输入输出量的模糊化
• 5.5.2 模糊推理规则
• 5.5.3 模糊控制量的精确化
• 5.5.4 模糊神经网络控制器
• 5.6 小结
• 第6章 复合加工数控系统的软件设计与实现
• 6.1 软件开放性结构综述
• 6.2 软件开发环境
• 6.3 软件主要模块功能描述
• 6.3.1 系统初始化
• 6.3.2 加工准备模块
• 6.3.3 加工过程管理模块
• 6.3.4 数据管理模块
• 6.4 复合加工工艺数据库设计
• 6.4.1 复合加工工艺数据库总体设计
• 6.4.2 复合加工工艺数据库选择
• 6.4.3 复合加工工艺数据库的实现
• 6.5 系统研制过程中功能模块实现的关键技术
• 6.5.1 多任务并行处理技术
• 6.5.2 实时中断处理技术
• 6.6 控制系统改进前后对比试验
• 6.7 总结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表学术论文（第一作者）
• 致谢