【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料超声加工领域，更具体地说，涉及硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制方法及装置。
技术介绍
1、现代工业的产品正不断向着更高的精度，更复杂恶劣的使用环境挑战，这对先进材料提出了更高的要求。以光学玻璃、激光晶体、陶瓷基复合材料为代表的硬脆材料，因具备优异的机械、物理和化学性能，在惯性导航、光学设备、航空航天、信息通讯、交通运输等领域正发挥着越来越重要的作用。
2、硬脆材料高硬度，高耐磨性的特点使其在各个领域得到应用，但也导致其加工工艺性差。采用传统的方法加工硬脆材料深小孔，存在切削力大，散热及排屑困难，刀具磨损严重等问题，容易造成出入口崩碎，粗糙度不均等缺陷，难以保证加工质量及效率。目前，国内外针对硬脆材料加工通常采用电解加工、电火花加工、激光加工以及超声加工等特种加工方法。
3、超声辅助加工是在刀具或工件上施加一个平行于刀具轴线方向的超声振动，利用超声的能量辅助加工。超声辅助加工能够显著减小加工过程中的切削力，延长刀具使用寿命，在硬脆材料高质高效加工中已经逐渐得到认可。
4、在硬脆材料超声加工过程中的振幅控制是决定硬脆材料加工表面质量关键因素，但是在实际加工过程中由于负载、工艺及环境的变化，会导致振动系统阻抗特性和谐振频率的变化，从而影响超声振幅。同时由于硬脆材料有延性域存在，当切削深度超过延性域，材料表面会从塑性变形转化为脆性变形，切削过程中材料变形形式的变化也会导致振幅波动。另外，在硬脆材料的加工过程中，超声振幅的控制精度往往要达到0.1um级别。然而在现有的超声振幅控制
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制方法及装置。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，从而实现硬脆材料超声恒振幅的划痕试验，控制装置包括超声辅助加工刀架、声发射传感器测振幅装置及激光位移传感器检测反馈系统。
3、超声辅助加工刀架：包括超声刀架、超声刀具、变幅杆、换能器，超声刀架上设置有换能器、变幅杆，超声刀具安装在变幅杆的底端，单颗磨粒置于超声刀具顶端且在超声刀具上设有声发射传感器，在超声刀具的上下表面设置有声发射传感器，声发射传感器与超声刀具紧密连接，声发射传感器通过无线传输与数据处理系统连接。
4、所述将单颗磨粒置于超声刀具顶端，可使得单颗磨粒借助超声刀具作用控制加工过程中的振动方向，放大振幅。
5、优选地，所述换能器通过连接线超声波发生器相连，所述数据处理系统和超声波发射器通过连接线与计算机相连接
6、优选地，所述数据处理系统为单片机处理系统，包括微处理器和显示屏。
7、优选地，所述数据处理系统通过连接线与计算机连接，计算机内构建关于谐振频率、换能器温度与影响振幅的控制电压变化量的关系的rbf神经网络。
8、声发射传感器测振幅装置，包括声发射传感器，声发射传感器通过无线传输将数据实时传输至计算机，计算机通过调节加工参数，来达到稳定振幅的作用；
9、优选地，所述声发射传感器为两个，分布在超声刀具的上下表面，与超声刀具紧密连接。
10、优选地，声发射传感器测振幅装置还包括调节装置；
11、调节装置：包括可调节功率的超声电源、处理器、计算机等。
12、激光位移传感器检测反馈系统：包括激光位移传感器，在激光位移传感器的对焦点平面设置对刀器，结合三个直线运动模组，完成激光位移传感器测量焦点的定位；激光位移传感器的测量数据同步至计算机，起到对振幅的反馈和修正的作用；
13、所述激光位移传感器与对刀器通过连接线与数据处理系统连接，直线运动模组通过数据处理系统与计算机相连接。
14、三层底座上均设有直线运动模组，直线运动模组上设有滑块，滑块与底板相互固定，测量部分由两部分组成，两者通过铰链连接可实现0°到90°的相对转动，基座上固定激光位移传感器，底板上固定对刀器。
15、上述反馈系统测量超声刀具负载情况下振幅，可实现激光位移传感器的自动对焦。
16、采用控制装置进行的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制方法，控制方法包括以下步骤：
17、s1、将换能器通过导线连接进行供电，机床进给系统、声发射传感器与数据处理系统连接，数据处理系统与计算机相连接；
18、s2、通过数据处理系统对声发射传感器进行一次采样，标记为初始点；
19、s3、将激光位移传感器检测反馈系统中的直线运动模组中的电机与数据处理系统连接；
20、s4、启动激光位移传感器检测反馈系统，通过对刀器使得激光位移传感器的测量焦点定位在超声刀具上，通过数据处理系统将机床的位置信息同步至装置；
21、s5、启动装置，在空载情况下对激光位移传感器和声发射传感器进行高频采样记录至少一个周期的空载时振幅与电信号对应关系；
22、s6、在工作状态下对声发射感器进行高频采样，超声刀具上的声发射传感器通过接收应力波的变化转化为电信号，根据记录空载振幅与电信号对应关系，得到工作状态下的振幅，并将处理计算出两个传感器的振幅求平均值，在显示屏上输出平均值；
23、s7、启动系统，工件车削开始，超声刀具进给，声发射传感器进行高频采样，采样数据经过数据处理系统同步到计算机中，实现对于加工过程中的振幅实时监控；
24、s8、将已有数据输入至计算机构建的rbf神经网络中；
25、s9、采用rbf神经网络离线建立谐振频率、换能器温度与影响振幅的控制电压变化量的关系模型，通过对大量离线数据采用神经网络进行训练，逼近得到影响振幅的控制电压量与谐振频率、换能器温度的非线性关系函数；
26、s10、通过神经网络的数据处理得影响振幅的控制电压变化量的关系，通过调节相关参数而达到稳定振幅的作用；
27、s11、检测反馈系统中，激光位移传感器进行高频采样，采样数据经过数据处理系统同步到计算机中，实现对加工过程中稳定振幅结果的验证；
28、s12、如若振幅稳定性的结果较差，可将激光位移传感器采集的数据再次输入到神经网络中进行数据处理，对于振幅稳定性进行复反馈调节；
29、s13、车削加工，完成轴向100mm进给之后完成加工过程；
30、s14、将工件取下，放在电子显微镜下，观察表面划痕情况，结合加工过程中所采集的数据，得出划痕的产生与进给量，振幅的关系。
31、优选地，所述s4中通过对刀器使得激光位移传感器的测量焦点定位在超声刀具上，具体包括：
32、s41、启动装置，对刀器安装的底板与基座相互垂直，使得对刀器的测跕与激光位移传感器的测量焦点处于同一平面中；
33、s42、系统运行，三个直线运动模组在电机的驱动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：包括超声辅助加工刀架、声发射传感器测振幅装置及激光位移传感器检测反馈系统；
2.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：所述换能器通过连接线与超声波发生器相连。
3.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：所述声发射传感器为两个，两个声发射传感器分别安装在超声刀具上下表面，声发射传感器通过无线传输与数据处理系统相连接。
4.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：所述数据处理系统和超声波发射器通过连接线与计算机相连接。
5.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：所述激光位移传感器与对刀器通过连接线与数据处理系统连接，直线运动模组通过数据处理系统与计算机相连接。
6.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：数据处理系统通过连接线与计算机连接，计算机内构建关于谐振频率、换能器温度与影响振
7.采用权利要求1-6任一所述的控制装置进行的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：包括超声辅助加工刀架、声发射传感器测振幅装置及激光位移传感器检测反馈系统；
2.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：所述换能器通过连接线与超声波发生器相连。
3.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：所述声发射传感器为两个，两个声发射传感器分别安装在超声刀具上下表面，声发射传感器通过无线传输与数据处理系统相连接。
4.根据权利要求1所述的硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，其特征在于：所述数据处理系...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛赢，霍衍浩，牛晶晶，张欢，魏攀，焦锋，王晓博，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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