【技术实现步骤摘要】
基于声发射信号特征识别与加工参数自动匹配的陶瓷激光车削复合塑性加工方法
本专利技术涉及一种基于声发射信号特征识别与加工参数自动匹配的陶瓷激光车削复合塑性加工方法,属于硬脆难加工材料车削加工领域。
技术介绍
陶瓷材料因其比重低、硬度高、压强度大、化学稳定性好、耐高温、耐磨和生物相容性好等优异的机械性能和物理性能,广泛应用于机械、航空航天、汽车、电气、医疗仪器、工具、化学工程等各个领域。陶瓷材料零部件通常在高温、高压、高速、交变载荷等极端复杂的环境下使用,必须保证尺寸精度和优异的表面完整性,因此精加工必不可少。但是陶瓷材料固有的高强度、高硬度、高脆性、塑性极差等特点使陶瓷零部件难以进行切削加工。其化学键性质和晶体结构导致陶瓷材料受力时,通常发生脆性断裂而非塑性变形,故不宜成形加工,一定程度上限制了其在工程方面的应用。陶瓷材料通常采用磨削加工,但加工表面易产生微观裂纹,严重影响断裂强度及其它力学性能,极大降低了零件的使役性能。导致这种情况的根本原因为材料是以脆性断裂的方式去除,而不是塑性去除。况且,磨削加工生产效率低、成本高、能耗大、砂轮损耗快。激光加热辅助切削加工可以实现陶瓷材料的塑性去除,但目前仍然停留在实验研究阶段、无法应用于生产实际,其主要原因是陶瓷“激光-切削”复合加工工艺受多种因素的影响,包括激光因素(作用位置、激光能量、光斑直径、激光扫描速度等)、工艺因素(切削速度、进给量、背吃刀量等)和材料因素(材料成分、微观结构、热传导率、热吸收率等),只要三个因素不匹配,表面完整性(粗糙 ...
【技术保护点】
1.在激光因素(功率、激光光斑直径等)、材料因素(材料成分、微观结构、热传导率、热吸收率、直径等)确定的情况下,通过覆盖所有加工参数(主轴转速、进给速度、切削深度)、加工工艺状态(脆性、塑性和热损伤)的陶瓷激光车削复合加工与声发射信号检测实验、加工后陶瓷工件表面完整性(粗糙度、表面/亚表面层微观组织结构、表面/亚表面微观裂纹、残余应力分布、显微硬度分布、材料热损伤/相变)检测实验,获得基础实验数据;将测得的表面完整性参数与工件加工时所对应的加工工艺状态进行比对,获得表面完整性参数与加工工艺状态参数(脆性、塑性和热损伤)的对应关系;将检测得到的表面完整性与声发射信号进行比对,提取不同加工工艺状态的声发射特征信号,并用声发射特征信号对工件加工工艺状态进行表征;以获得的加工参数、声发射特征信号、加工工艺状态参数为样本进行机器学习,建立加工参数与加工工艺状态参数关系的数学模型;利用该数学模型,在输入加工参数时获得未知的加工工艺状态参数,实现在已知工艺参数情况下的陶瓷加工工艺状态预测;利用该数学模型,在输入最佳塑性加工工艺状态参数、已知加工参数时获得未知的加工参数,从而实现最佳塑性工艺状态的加工 ...
【技术特征摘要】
1.在激光因素(功率、激光光斑直径等)、材料因素(材料成分、微观结构、热传导率、热吸收率、直径等)确定的情况下,通过覆盖所有加工参数(主轴转速、进给速度、切削深度)、加工工艺状态(脆性、塑性和热损伤)的陶瓷激光车削复合加工与声发射信号检测实验、加工后陶瓷工件表面完整性(粗糙度、表面/亚表面层微观组织结构、表面/亚表面微观裂纹、残余应力分布、显微硬度分布、材料热损伤/相变)检测实验,获得基础实验数据;将测得的表面完整性参数与工件加工时所对应的加工工艺状态进行比对,获得表面完整性参数与加工工艺状态参数(脆性、塑性和热损伤)的对应关系;将检测得到的表面完整性与声发射信号进行比对,提取不同加工工艺状态的声发射特征信号,并用声发射特征信号对工件加工工艺状态进行表征;以获得的加工参数、声发射特征信号、加工工艺状态参数为样本进行机器学习,建立加工参数与加工工艺状态参数关系的数学模型;利用该数学模型,在输入加工参数时获得未知的加工工艺状态参数,实现在已知工艺参数情况下的陶瓷加工工艺状态预测;利用该数学模型,在输入最佳塑性加工工艺状态参数、已知加工参数时获得未知的加工参数,从而实现最佳塑性工艺状态的加工参数自动匹配、实现陶瓷材料的最佳塑性加工。
2.基于声发射信号特征识别与加工参数自动匹配的陶瓷激光车削复合塑性加工方法需要采用具有声发射信号特征识别与加工参数自动匹配功能的陶瓷激光车削复合加工车床来实现;该陶瓷激光车削复合加工车床包括数控车床(1)、激光加热装置、声发射特征识别系统,其中数控车床(1)为双坐标数控车床,结构与常用的双坐标数控车床相同;激光加热装置由激光发生器(201)、光纤(202)、光纤输出接口(203)、激光外光路系统(204)、Z轴矩形丝杠滑台(205)、Z轴交流伺服电动机(206)、Y轴交流伺服电动机(207)、Y轴矩形丝杠滑台(208)、倒L型支架(209),n型支架(210)、激光器控制线(211)、Z轴交流伺服电动机控制线(212)、Y轴交流伺服电动机控制线(213)组成,激光发生器(201)通过激光器控制线(211)与数控系统(101)连接,光纤(202)将激光发生器(201)和光纤输出接口(203)连接,光纤输出接口(203)与激光外光路系统(204)连接;激光外光路系统(204)固定于Y轴矩形丝杠滑台(208)的滑台上,与陶瓷工件(103)、车刀刀柄(105)三维垂直,激光外光路系统(204)的中心线与陶瓷工件(103)的中心线处在同一平面内,激光光斑位于陶瓷工件(103)上并与CBN刀片(104)保持一定的距离,激光光斑较CBN刀片(104)更靠近数控车床(1)的卡盘;n型支架(210)平行于数控车床Z轴通过螺栓垂直安装于车床大溜板(104)上,倒L型支...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵玉刚,刘广新,宋盼盼,蒲业壮,赵国勇,孟建兵,张海云,张桂香,
申请(专利权)人:山东理工大学,
类型:发明
国别省市:山东;37
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