申请/专利权人：河南理工大学

申请日：2023-01-18

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN117549147B

主分类号：B24B1/04

分类号：B24B1/04;B24B49/00;B24B49/12;B24B51/00;G01H1/16;G01B11/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.03.01#实质审查的生效;2024.02.13#公开

摘要：本发明公开了硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制方法及装置，属于材料超声加工领域；控制装置包括：超声辅助加工刀架，包括超声刀架、超声刀具、变幅杆、换能器，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；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；激光位移传感器测量反馈系统，包括激光位移传感器，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。本发明能解决现有硬脆材料超声辅助划痕过程中，振幅在力负载作用下衰减的现象，可实现稳定振幅的超声划痕试验。

主权项：1.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：采用硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性控制装置，所述硬脆材料单颗磨粒超声划痕振幅稳定性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；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；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；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；方法包括以下步骤：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；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；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；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；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；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；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；S8、将已有数据输入至计算机构建的RBF神经网络中；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；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；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；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；S13、车削加工，完成轴向100mm进给之后完成加工过程；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。

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