本发明涉及超声辅助加工领域，尤其涉及一种超声辅助加工负载振幅测量装置及方法。
背景技术：
超声辅助加工是一种通过超声刀柄将超声振动传递到刀具的加工方法，目前，超声辅助加工被广泛应用于碳化硅等硬脆材料的加工中，在提高加工效率、提升加工质量等方面明显优于普通加工。刀柄超声振动过程中的振幅大小直接影响加工质量与效率。
超声辅助加工的超声振幅负载与空载不同，其相对比值可用于计算去除量，同时可以为超声辅助加工仿真提供帮助。采用激光位移传感器即可完成未加工状态下即空载超声振幅的测量，由于加工过程中，加工刀具时刻转动并被工件遮挡，无法直接利用传感器测量，负载振幅的测量存在困难，成为了超声辅助加工领域急需解决的难题。
技术实现要素：
根据上述提出的技术问题，而提供一种超声辅助加工负载振幅测量装置及方法。本发明采用的技术手段如下：
一种超声辅助加工负载振幅测量装置，包括三轴数控平台和设置在其上的超声辅助加工机构，所述超声辅助加工机构用于对工件进行超声加工，所述超声辅助加工机构包括超声电源，还包括：
超声辅助加工机构振动检测机构，其与超声辅助加工机构相连，用于检测超声辅助加工中的超声辅助加工机构振动状态，所述超声电源基于超声辅助加工机构振动状态将超声辅助加工机构的输出端调节至共振状态；
空载振幅检测机构，用于检测超声辅助加工机构空载共振状态下的空载振幅；
超声振幅检测机构，用于检测超声辅助加工机构加工共振状态下造成的工件凹坑的表面轮廓，该表面轮廓即为超声辅助加工机构加工时的超声振幅。
进一步地，所述超声辅助加工机构包括所述超声电源、超声刀柄和连接在超声刀柄上的刀具，包括铣刀、钻头、砂轮。
进一步地，所述超声辅助加工机构振动检测机构包括示波器。
进一步地，所述空载振幅检测机构包括激光位移传感器。
进一步地，所述超声振幅检测机构包括表面轮廓仪。
进一步地，空载振幅检测机构检测到的空载振幅为a，超声振幅检测机构检测到的超声振幅为a’，衰减系数β＝a’/a。
一种超声辅助加工负载振幅测量方法，包括如下步骤：
步骤1、将合金工件安装在三轴数控机床上，连接超声设备至切削位置；
步骤2、利用示波器将超声刀柄调节至共振状态，利用激光位移传感器测量空载振幅a；
步骤3、关闭超声电源，利用超声刀柄对合金工件进行加工，中途停止加工，保持刀具位置不变，开启超声电源，利用示波器将超声系统调节至共振状态，此时刀具将在主轴静止状态下撞击工件表面，随后将刀柄抬起，拆下工件；
步骤4、利用表面轮廓仪观测工件表面，测量刀柄振动时刀具撞击工件表面留下的凹坑深度，得出超声辅助加工时的超声振幅a’，并与空载振幅进行比较，得出衰减系数β＝a’/a。
本发明提出一种测量负载后的超声辅助加工振幅测量方法，解决了现有技术负载振幅无法测量的问题，并基于测量方法提出了振幅衰减的计算方法，整体方法流程简单，便于操作，适用于在超声辅助加工领域推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明超声辅助加工负载振幅测量流程图。
图2为超声辅助加工负载振幅测量平台示意图，刀具以砂轮为例。
图3为超声辅助加工空载下振幅测量示意图，刀具以砂轮为例。
图4为超声辅助加工负载示意图，刀具以砂轮为例。
图5为使用轮廓仪测量工件凹坑示例图。
图中：1、工作台；2、激光位移传感器；3、待加工工件；4、超声刀柄；5、示波器；6、超声电源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2～5所示，本发明实施例公开了一种超声辅助加工负载振幅测量装置，包括三轴数控平台和设置在其上的超声辅助加工机构，所述超声辅助加工机构用于对工件进行超声加工，所述超声辅助加工机构包括超声电源，还包括：
超声辅助加工机构振动检测机构，其与超声辅助加工机构相连，用于检测超声辅助加工中的超声辅助加工机构振动状态，所述超声电源基于超声辅助加工机构振动状态将超声辅助加工机构的输出端调节至共振状态；
空载振幅检测机构，用于检测超声辅助加工机构空载共振状态下的空载振幅；
超声振幅检测机构，用于检测超声辅助加工机构加工共振状态下造成的工件凹坑的表面轮廓，该表面轮廓即为超声辅助加工机构加工时的超声振幅。
所述超声辅助加工机构包括所述超声电源、超声刀柄和连接在超声刀柄上的刀具，刀具包括铣刀、钻头、砂轮，刀具通过弹簧夹头固定于超声刀柄上，用于超声加工，超声刀柄安装在三轴数控平台上，超声电源为超声刀柄提供高频电压，通过外接线缆与超声刀柄连接。
所述超声辅助加工机构振动检测机构包括示波器，示波器通过电流探头与线缆连接。
所述空载振幅检测机构包括激光位移传感器。
所述超声振幅检测机构包括表面轮廓仪。
空载振幅检测机构检测到的空载振幅为a，超声振幅检测机构检测到的超声振幅为a’，衰减系数β＝a’/a。
如图1所示，本发明还公开了一种超声辅助加工负载振幅测量方法，包括如下步骤：
步骤1、将合金工件安装在三轴数控机床上，连接超声设备至切削位置；
步骤2、利用示波器将超声刀柄调节至共振状态，利用激光位移传感器测量空载振幅，多次测量取平均值求出空载振幅a；
步骤3、关闭超声电源，利用超声刀柄对合金工件进行加工，中途停止加工，保持刀具位置不变，开启超声电源，利用示波器将超声系统调节至共振状态，此时刀具将在主轴静止状态下撞击工件表面，随后将刀柄抬起，拆下工件；
步骤4、利用表面轮廓仪观测工件表面，测量刀柄振动时刀具撞击工件表面留下的凹坑深度，多次测量取平均值，得出超声辅助加工时的超声振幅a’，并与空载振幅进行比较，得出衰减系数β＝a’/a。
如图5所示，工件表面凹坑在轮廓仪下清晰可见，凹坑深度测量准确，多次测量取平均值得出负载振幅a’，可以看出此测量方法可行且操作较为方便，可以在超声辅助加工领域推广。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种超声辅助加工负载振幅测量装置，其特征在于，包括三轴数控平台和设置在其上的超声辅助加工机构，所述超声辅助加工机构用于对工件进行超声加工，所述超声辅助加工机构包括超声电源，还包括：
超声辅助加工机构振动机构，其与超声辅助加工机构相连，用于检测超声辅助加工中的超声辅助加工机构振动状态，所述超声电源基于超声辅助加工机构振动状态将超声辅助加工机构的输出端调节至共振状态；
空载振幅检测机构，用于检测超声辅助加工机构空载共振状态下的空载振幅；
超声振幅检测机构，用于检测超声辅助加工机构共振状态下造成的工件凹坑的表面轮廓，该表面轮廓即为超声辅助加工机构加工时的超声振幅。
2.根据权利要求1所述的超声辅助加工负载振幅测量装置，其特征在于，所述所述超声辅助加工机构包括所述超声电源、超声辅助加工刀柄和连接在超声辅助加工刀柄上的刀具，包括铣刀、钻头和砂轮。
3.根据权利要求1所述的超声辅助加工负载振幅监测装置，其特征在于，所述超声辅助加工机构振动机构包括示波器。
4.根据权利要求1所述的超声辅助加工负载振幅测量装置，其特征在于，所述空载振幅检测机构包括激光位移传感器。
5.根据权利要求1所述的超声辅助加工负载振幅测量装置，其特征在于，所述超声振幅检测机构包括表面轮廓仪。
6.根据权利要求1～5任一项所述的超声辅助加工负载振幅测量装置，其特征在于，空载振幅检测机构检测到的空载振幅为a，超声振幅检测机构检测到的超声振幅为a’，衰减系数β＝a’/a。
7.一种超声辅助加工负载振幅测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将合金工件安装在三轴数控机床上，连接超声设备至切削位置；
步骤2、利用示波器将超声刀柄调节至共振状态，利用激光位移传感器测量空载振幅a；
步骤3、关闭超声电源，利用超声刀柄对合金工件进行加工，中途停止加工，保持刀具位置不变，开启超声电源，利用示波器将超声系统调节至共振状态，此时刀具将在主轴静止状态下撞击工件表面，随后将刀柄抬起，拆下工件；
步骤4、利用表面轮廓仪观测工件表面，测量刀柄振动时刀具撞击工件表面留下的凹坑深度，得出超声辅助加工时的超声振幅a’，并与空载振幅进行比较，得出衰减系数β＝a’/a。
技术总结