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随着科技进步,现代工业产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展,对产品微型化要求日益迫切。超声加工是硬脆性难加工材料的有效加工方法,但对于硬度高且韧性强的材料,其加工效率较低且易磨损工具头,而电火花、电解加工由于不受金属材料本身力学性能的影响,使得材料的加工过程变得简单容易且工具头磨损极低。今年发展起来的超声复合电加工,是将超声加工与电火花加工、电解加工复合的加工方法,该方法结合了三者的加工优势,在零部件的微细加工中发挥了重要作用。为保证超声复合电加工过程的稳定性,提高工件的加工效率,改善加工质量,需进一步完善系统基础设施,强化对加工过程参数的系统化检测与智能化控制过程。基于此,本文将进行如下内容研究。 本文概述了超声加工、电火花加工、电解加工及其复合加工技术的研究现状,分析了检测技术与智能控制技术在超声复合电加工上的应用及国内外研究现状。通过论述超声加工、电火花加工、电解加工的基本原理,探讨了超声频振动复合电火花、电解加工方法的加工原理,从机理上探究了超声复合电加工的工艺特性,对影响加工效果的超声振动参数、电加工参数、压力参数、工作液参数等因素进行了可行性分析,提出微精加工时超声复合电加工过程参数的工艺要求。 根据对加工过程参数在线检测与控制的要求,构建并完善超声复合电加工参数检测与控制系统,包括超声加工装置、电加工装置、工作压力调节机构以及信号参数采集与控制单元。选用各种高速、高精传感器对加工过程中工具电极的振动位移、超声电源与脉冲电源的输出电压、电加工极间电流等参数进行在线检测,并利用PCI-1706U数据采集卡构建了各信号参数的数据采集系统;设计以激光位移传感器检测的振动位移信号作为脉冲电源的斩波电压控制信号;使用数字电位器代替超声电源原有的机械电位器,数字电位器的电阻输出由单片机STM32通讯控制;工具头升降由主轴电机伺服控制,驱动脉冲指令由计算机串口控制PLC输出。采用开发工具Visual C++6.0设计超声复合电加工检测与控制系统软件,通过数据采集卡的类库进行编程,检测模块设计包括各信号参数的数据采集、处理、显示与存储等功能;通过多串口类进行软件的控制模块设计,实现了工件预压力位、激光位移传感器基准归零、超声激励电压的多串口同时通信控制。 利用组合放电工艺制作多种典型端面形状的工具电极,并基于超声复合电加工系统的检测与控制软件,调试超声振动系统,探究激励电压与超声振幅的线性关系。将超声振动系统调至共振状态,对硬质合金YG8和YT15、不锈钢、压电陶瓷、玻璃钢等材料进行了单一超声加工对比试验,试验表明:超声加工是加工非金属硬脆材料的一种有效方法,但是硬韧金属材料的加工效率很低。进行超声复合电加工对比试验,探讨脉冲电压和占空比对超声复合电加工效率、加工精度以及表面粗糙度的影响关系,验证了超声频振动同步复合电加工所具有的技术优势。