[发明专利]超声辅助加工声学系统的超声电源功率调整模型建模方法

说明书

一种超声辅助加工声学系统的超声电源功率调整模型的建模方法，其具体步骤如下：步骤一，基于振幅参数关系式及ABAQUS有限元仿真谐响应分析，理论分析与超声声学系统振幅相关的参数与振幅的理论关系；步骤二，以理论分析为基础设计并搭建超声辅助加工振幅测试实验平台，采用控制变量法分析各个参数对振幅的单因素影响及综合影响并获取样本数据；步骤三，借助MATLAB运用多元线性回归分析法对样本数据进行回归分析并优化后建立以振幅为因变量的指导模型；步骤四，基于以振幅为因变量的指导模型为基础进行反推得出超声辅助加工声学系统定振幅输出的超声电源功率调整模型；步骤五，任选一把尖形刀对超声电源功率调整模型进行实验验证。

技术领域

本发明涉及一种超声辅助加工声学系统定振幅输出的超声电源功率调整模型的建模方法。

背景技术

蜂窝复合材料具有的高比强度和高比刚度，以及耐高温、绝缘性和不易燃烧等众多优点，在航空航天、汽车、舰船和建筑等领域广泛应用。但由于其结构的正交各向异性，使得蜂窝复合材料的高效高质加工成为推广它更广泛应用的瓶颈。超声辅助加工技术引入蜂窝复合材料加工领域，能够有效地解决传统铣削加工中存在的粉尘污染严重、加工效率低下、被加工零件表面质量低等问题。根据蜂窝复合材料断裂特性，对不同力学性能的蜂窝复合材料，理想的声学系统输出振幅各不相同。在超声加工时，要求刀具的输出振幅恒定在理想值附近，以使加工效率及加工质量最佳。考虑加工件几何形状、加工工艺和刀具的耐磨性，加工同一种蜂窝复合材料时可能选用不同材质、不同几何形状的刀具。根据声学理论，刀具作为声学系统的静态负载、加工过程中切削力作为声学系统的动态负载，都会影响刀具作为输出端的振幅。但查阅众多国内外文献，目前少有学者就超声辅助加工声学系统的定振幅输出技术进行相关研究，缺乏切实可行的为获取超声辅助加工声学系统定振幅输出，调整超声电源功率的指导模型。

发明内容

本发明提供了一种为了在采用不同刀具和加工工艺时，都能保证超声加工特定蜂窝复合材料的定振幅输出的超声辅助加工声学系统的超声电源功率调整模型的建模方法。

本发明采用的技术方案是：

一种超声辅助加工声学系统的超声电源功率调整模型的建模方法，其具体步骤如下：

步骤一，基于振幅参数关系式及ABAQUS有限元仿真谐响应分析，理论分析与超声声学系统振幅相关的参数与振幅的理论关系，其中振幅参数关系式为：

式中A₁、A₂、A₃、A₄为常数参数，Z_F为负载，I为电流，f为谐振频率，A为振幅；

步骤二，以理论分析为基础设计并搭建超声辅助加工振幅测试实验平台，采用控制变量法分析各个参数对振幅的单因素影响及综合影响并获取样本数据；

步骤三，借助MATLAB运用多元线性回归分析法对样本数据进行回归分析并优化后建立以振幅为因变量的指导模型，以振幅为因变量的指导模型为：

A＝46.21+1.44P-2.18M+0.83L (2)

式中A为振幅，P为超声电源功率，M为尖形刀质量，L为尖形刀长度；

步骤四，基于以振幅为因变量的指导模型为基础进行反推得出超声辅助加工声学系统定振幅输出的超声电源功率调整模型，定振幅输出的超声电源功率调整模型为：

P＝0.69A+1.51M-0.58L-32.09 (3)

式中P为超声电源功率，A为振幅，M为尖形刀质量，L为尖形刀长度；

步骤五，任选一把尖形刀对超声电源功率调整模型进行实验验证。