[发明专利]一种基于模糊控制的软性磨粒流加工方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及软性磨粒流精密加工领域，尤其是一种软性磨粒流加工方法及其装置。

背景技术

在模具加工中，抛光作为产品加工的最后一道工序被广泛应用，但对于沟、槽、孔、棱柱、棱锥、窄缝等抛光工具达不到的结构化表面仍无法加工。液-固两相软性磨粒流加工方法是利用软性磨粒流在被加工工件的结构化表面形成湍流流动，配以约束模块，使被加工表面成为流道壁面的一部分，形成磨粒流道，磨粒流流过该通道时，对壁面的粗糙处进行切削，实现结构化表面的无工具化精密加工。

固-液两相软性磨粒流加工是以磨粒流的湍流理论为依据，以磨粒间的相互碰撞及磨粒与壁面间的碰撞为基础，对磨粒进行动力学分析，利用湍流流场中磨粒对壁面的切削作用，对被加工工件壁面粗糙处进行精密加工。该技术有效弥补了传统光整加工方法对结构化表面加工的劣势，同时也能够对其他复杂工件的表面加工，并且能够实现自动控制。

在固-液两相软性磨粒流加工中，磨粒随磨粒流做无规则的运动。在近壁区，磨粒以一定的速度撞击工件表面，沿工件表面的速度对工件表面产生切削作用，这就是磨粒流加工的材料去除机理。在磨粒流加工中，描述工件表面加工质量好坏的主要有两个指标：工件表面的材料去除率和工件表面的加工纹理。材料去除率越高，加工效率就越高；表面加工纹理越细密，越无序，加工精度就越高。在磨粒流加工中，影响工件表面材料去除率的主要因素是工件表面近壁区的动压力，动压力越大，材料去除率越大。影响工件表面加工纹理的主要因素是加工表面近壁区的湍动能，湍动能越大，说明磨粒流的湍流程度越高，磨粒无规则的无序运动程度越激烈，那么工件表面的加工纹理就越好。

在目前的软性磨粒流加工过程中，评价工件的整体加工质量除了表面的材料去除率和加工纹理外，工件表面整体的材料去除率和加工精度也应该较为均匀。这就要求磨粒流加工中，工件表面近壁区的动压力和湍动能分布比较均匀。但是事实上，目前的研究中，流道中的湍动能和动压力分布并不均匀，这就需要对此进行研究，怎样才能达到较为理想的加工形态。

在目前的软性磨粒流加工过程中，磨粒流在泵的作用下获得速度进入流道，随着时间加工时间的推移，由于泵的散热作用以及磨粒流本身内部由于颗粒碰撞和磨阻等产生的热能，使得磨粒流的温度逐渐提高，甚至高达70℃以上，在如此高温下，磨粒流的粘度势必会发生极大的变化。粘度的变化会对流道中工件表面近壁区的湍动能分布和动压力分布造成不可预知的影响。这就需要需要进行研究温度对流道中的湍动能分布和动压力分布所造成的影响，并且通过调节流速来补偿不利影响。

在目前的软性磨粒流加工中，流体的动力源是泵，因为流道的横截面积是恒定的，调节流速就需要对泵的出口流量进行调节，但是泵的控制问题本身就是一个高度复杂的非线性控制问题，兼之软性磨粒流流道中流速影响因素较多，以传统的控制方式难以实现流速控制的目的。

发明内容

为了克服已有软性磨粒流加工的流速控制精度低、加工效率较低的不足，本发明提供一种流速控制精度高、提高加工效率的基于模糊控制的软性磨粒流加工方法及其装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于模糊控制的软性磨粒流加工方法，所述加工方法具体过程如下：

（1）储液槽内的温度传感器测量得到软性磨粒的当前温度，并由温度—最优速度公式计算出当前温度下的最优速度；

（2）输入模糊控制器中，所述最优速度作为模糊控制器的速度给定值，速度传感器测量得到当前流速，作为模糊控制器的反馈量输入；最优速度与当前速度之差即为所述系统输入量；在模糊控制器内，输入量经过模糊化处理—模糊控制规则—模糊决策—精确化处理后，输出精确的输出量，所述输出量为电压频率的变化量，执行机构为变频器；

（3）通过变频器改变泵的输入电压的频率，进而改变转速，达到控制软性磨粒的流速，实现软性磨粒流加工。

进一步，所述步骤（1）中，温度—最优速度公式的拟合过程如下：

对选定的磨粒流流体在不同温度下测量其粘度，根据粘-温计算公式式中μ₀和t₀取40°C时的粘度和温度，求出系数λ，并求出其粘-温公式；