超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工及其控制技術(shù)研究.pdf

1、在超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工過程中，磨削加工與脈沖放電加工互為有利條件，可以明顯提高加工效率，通過調(diào)整加工參數(shù)，可以獲得高質(zhì)量的加工表面。輔助的超聲振動可以強(qiáng)化磨削加工和脈沖放電加工效果，并改善脈沖放電加工過程的穩(wěn)定性。 智能控制超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工技術(shù)采用工業(yè)PC、PMAC、單片機(jī)多CPU控制技術(shù)，構(gòu)建模塊化、開放式數(shù)控硬件系統(tǒng)，結(jié)合基于實(shí)例推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工參數(shù)的優(yōu)化和實(shí)時(shí)控

2、制。 本文選用燒結(jié)釹鐵硼（Nd-Fe-B）永磁材料作為工件材料進(jìn)行相關(guān)理論分析和加工實(shí)驗(yàn)。 研究了超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工機(jī)理。復(fù)合加工去除材料的過程是放電蝕除和磨削交替進(jìn)行，砂輪磨粒對放電變質(zhì)層進(jìn)行磨削，去除火花放電變質(zhì)層，減少微裂紋的產(chǎn)生，提高加工表面的質(zhì)量。電火花的放電能量加速了工件材料的蝕除，其對砂輪磨粒的修銳和工件表面的軟化作用，有利于降低磨削力，提高加工效率。超聲振動使放電加工間隙產(chǎn)生交變壓力，有利

3、于熔融材料的拋出；超聲波的空化作用、泵吸作用和渦流作用改善了工作液的循環(huán)條件；超聲振動可以減少或避免放電短路現(xiàn)象的產(chǎn)生，并有助于磨屑的排出。 建立了超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工的磨削力模型，分析了各加工參數(shù)對磨削力的影響。相同加工條件下，軸向超聲振動輔助磨削過程中，超聲振動振幅和頻率的增加、電火花脈沖能量的增加有助于磨削力的降低。另外，由于進(jìn)入磨削弧區(qū)內(nèi)的磨粒數(shù)隨著磨削深度的增加而增多，磨削深度的增加會導(dǎo)致磨削力的增加。隨

4、著工件速度的增加，參與磨削加工的磨粒數(shù)增多，磨削力也隨之增加。隨著砂輪線速度的增加，進(jìn)入磨削弧區(qū)內(nèi)參與加工的磨粒數(shù)減少，磨削力減少。 實(shí)驗(yàn)研究了超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工各參數(shù)對表面粗糙度的影響。利用多元方差分析法和響應(yīng)曲面法得出脈沖寬度、脈沖間隔、參考電壓、超聲振幅及其交互效應(yīng)對加工表面粗糙度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：參考電壓對表面粗糙度影響最大，其次是脈沖寬度、脈沖間隔和超聲振幅。參考電壓和超聲振幅、脈沖間隔和參考電

5、壓、脈沖寬度和參考電壓的交互作用對加工表面粗糙度也有明顯的影響。一般情況下，低于100V的參考電壓和1：10的占空比，超聲振幅6-8μm，可以得到較好的加工表面質(zhì)量。工件進(jìn)給速度、砂輪轉(zhuǎn)速、磨削深度對加工表面粗糙度的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著進(jìn)給速度和磨削深度的增加，單顆磨粒未變形磨削厚度增大，表面粗糙度值增大；隨著砂輪轉(zhuǎn)速的增加，磨粒的切屑厚度變薄，表面粗糙度值降低。 提出了新的復(fù)合加工工藝規(guī)劃，即在不同的加工階段，采用不同的復(fù)合

6、加工方法。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：粗加工階段選擇單一磨削；半精加工階段采用超聲振動輔助磨削--脈沖放電復(fù)合加工；精加工階段采用超聲振動輔助磨削加工。超聲振動可以有效地降低表面粗糙度，脈沖放電可以有效地減少微裂紋的產(chǎn)生。超聲振動參數(shù)、放電參數(shù)（脈寬、脈間、參考電壓等）、磨削參數(shù)（砂輪轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和磨削深度）選擇合理，并針對不同的加工需求選擇合理的復(fù)合加工方式，可以獲得很好的加工表面質(zhì)量。 基于實(shí)例推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論優(yōu)選復(fù)合加

7、工方式和加工參數(shù)。 根據(jù)復(fù)合加工系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合檢測難易程度和實(shí)際需要，選擇磨削力比和短路率作為兩個(gè)采集輸入。運(yùn)用多傳感器檢測系統(tǒng)，獲得磨削力比和脈沖放電短路率，采用分級控制策略，分別控制超聲功率、工件進(jìn)給速度和脈沖電源開閉。將磨削力比的變化和變化率作為模糊控制器的輸入，工件進(jìn)給速度作為控制輸出。根據(jù)模糊控制規(guī)則，利用Matlab提供的Simulink仿真模塊對超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)仿真，仿真結(jié)

8、果符合模糊策略，效果良好。 設(shè)計(jì)了磨削力采集裝置，可以穩(wěn)定可靠地采集磨削力信號，通過AD轉(zhuǎn)換傳輸至PC機(jī)進(jìn)行分析處理。采用實(shí)用、簡單且可靠性高的短路率檢測手段，設(shè)計(jì)短路率采集裝置，利用一個(gè)穩(wěn)壓二極管提高間隙狀態(tài)檢測的分辨率。針對超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工特點(diǎn)，以100個(gè)脈沖放電周期作為一個(gè)控制周期，采用固態(tài)繼電器完成超聲波發(fā)生器功率控制、脈沖電源開關(guān)控制，提高系統(tǒng)的控制速度和穩(wěn)定性。使用驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度