基于机床附件化的旋转超声加工负载匹配系统研究

论文摘要

先进陶瓷材料又称无机非金属材料,是由传统陶瓷发展而来的,它不但继承了传统陶瓷的诸多优点,而且还具备了一系列其他材料无法比拟的优异性能,耐高温、耐腐蚀、高硬度、高强度。但是,这些优异性能也使先进陶瓷材料加工难度大、加工效率低、加工费用昂贵,这些限制了其大规模应用。因此,迫切需求寻找到适合先进陶瓷材料的高效率低成本的加工方法。旋转超声加工被证明是加工先进陶瓷材料的有效方法,但自从其1964年被引入加工领域以来,并未得到大规模应用,经过科学技术人员多年的研究,近年来终于开发出了一些商业化机床,投入工业生产。但是,在这些商业化机床中,旋转超声加工技术关键问题之一刀具负载匹配,并未得到很好的解决。本文针对旋转超生加工中的刀具负载匹配这一核心问题展开研究,结合实验室在这一问题上的技术积累,开发出了可用于各种机床的“基于附件化的旋转超生加工负载匹配系统”,并将此系统应用于加工中心,开展一系列验证系统工作性能的加工实验,充分证明了系统的有效性与可靠性。刀具负载匹配系统的高精密气浮工作台能够实现最小6g力的负载匹配,降低超声加工中载荷变化对刀具与工件的不良影响,获得良好的加工质量。同时搭建的超声加工过程监测系统同时采集加工过程的轴向力与声发射信号,利用轴向力与声发射信号在加工过程中与工件和刀具状态的对应关系来作为保护工件与刀具的判据。同时,采用小波变换对声发射信号进行特征提取,将提取的特征作为人工神经网络的输入,从而准确识别砂轮钝化状态。在后续的旋转超声磨削钻孔实验中,在同种加工条件下,我们发现使用负载匹配系统能够有效降低轴向力与声发射信号强度,并且获得更好的工件表面质量;同时使用基于声发射信号小波分析的砂轮钝化识别算法也能有效工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外旋转超声加工技术研究应用情况
• 1.3 旋转超声加工机床关键技术—刀具负载匹配系统
• 1.4 课题的提出及本文的目的
• 第二章 旋转超声加工负载匹配系统设计
• 2.1 旋转超声加工负载匹配系统工作过程分析
• 2.2 高精密气浮工作台
• 2.2.1 高精密气浮工作台概述
• 2.2.2 高精密气浮工作台结构
• 2.3 气动系统模块功能与结构
• 2.3.1 气动系统各部件的选择
• 2.3.2 气动系统布局图
• 2.4 电气控制模块系统
• 2.4.1 数据采集卡
• 2.4.2 压电力传感器
• 2.4.3 声发射传感器
• 2.4.4 操作软件
• 2.5 负载匹配系统组装与工作流程图
• 第三章 旋转超声钻削微小深孔实验
• 3.1 实验设计基本理论
• 3.2 先进陶瓷材料的去除机理
• 3.3 旋转超声钻削小孔加工实验平台搭建
• 3.3.1 旋转超声加工机床
• 3.3.2 数据采集模块组成及辅助数据采集器
• 3.3.3 旋转超声钻削小孔实验平台搭建
• 3.4 刀具负载匹配系统性能实验
• 3.5 钝刀识别实验
• 3.6 加工参数优化实验
• 第四章 旋转超声钻削深孔实验结果及分析
• 4.1 磨削力信号与声发射信号在加工监测中的使用
• 4.1.1 磨削力信号在加工监测过程中的使用
• 4.1.2 声发射信号在加工过程监测中的使用
• 4.2 负载匹配系统性能实验
• 4.2.1 四组不同实验不同的信号特点
• 4.2.2 使用负载匹配系统后声发射信号的变化情况
• 4.2.3 使用负载匹配系统后工件出口崩边状况
• 4.2.4 负载匹配系统的使用效能
• 4.3 砂轮钝化识别实验
• 4.3.1 声发射信号的小波分析方法
• 4.3.2 砂轮不同状态声发射信号特征提取的方法
• 4.3.3 小波特征能谱系数法提取声发射信号特征
• 4.3.4 基于BP 神经网络的砂轮状态识别
• 4.3.5 实验中信号在使用气浮工作台旋转超声钻削深孔后的变化
• 4.4 加工参数优化实验
• 4.4.1 正交实验设计与田口优化理论
• 4.4.2 实验结果及分析
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢