[发明专利]基于声发射信号特征识别与反馈控制的陶瓷激光车削复合加工车床

说明书

本发明公开了一种基于声发射信号特征识别与反馈控制的陶瓷激光车削复合加工车床，包括数控车床、激光加热装置、声发射信号采集识别反馈系统。本车床利用激光对加工的陶瓷表面进行加热使其加工部位局部软化、利用声发射传感器及其信号采集特征识别与反馈系统对车削部位的脆塑性加工状态进行识别和反馈，由数控系统根据反馈信号进行加工参数的调整控制，使得车削加工处于稳定的塑性加工状态。与传统的陶瓷磨削加工工艺相比，该基于声发射信号特征识别、反馈与参数控制的陶瓷激光车削复合加工，具有高速、高表面质量、无表面微观裂纹、加工成本低等特点，被加工的陶瓷零件承受交变载荷的使役性能显著增强。

技术领域

本发明涉及一种基于声发射信号特征识别与反馈控制的陶瓷激光辅热塑性车削车床，属于硬脆难加工材料车削加工领域。

背景技术

陶瓷材料因其比重低、硬度高、压强度大、化学稳定性好、耐高温、耐磨和生物相容性好等优异的机械性能和物理性能，广泛应用于机械、航空航天、汽车、电气、医疗仪器、工具、化学工程等各个领域。

陶瓷材料零部件通常在高温、高压、高速、交变载荷等极端复杂的环境下使用，必须保证尺寸精度和优异的表面完整性，因此精加工必不可少。但是陶瓷材料固有的高强度、高硬度、高脆性、塑性极差等特点使陶瓷零部件难以进行切削加工。其化学键性质和晶体结构导致陶瓷材料受力时，通常发生脆性断裂而非塑性变形，故不宜成形加工，一定程度上限制了其在工程方面的应用。

陶瓷材料通常采用磨削加工，但加工表面易产生微观裂纹，严重影响断裂强度及其它力学性能，极大降低了零件的使役性能。导致这种情况的根本原因为材料是以脆性断裂的方式去除，而不是塑性去除。况且，磨削加工生产效率低、成本高、能耗大、砂轮损耗快。

激光加热辅助切削加工可以实现陶瓷材料的塑性去除，表面完整性高而且工艺空间大。但激光加热辅助切削加工受激光因素、切削因素、材料因素的多个参数的共同影响，只要一个参数不匹配就无法保证材料被塑性去除，也就得不到理想的表面完整性。而目前没有任何一种设备可实现陶瓷材料的激光加热辅助恒塑性切削和自动切削。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，发明人发明了基于声发射信号特征识别与反馈控制的陶瓷激光车削复合加工车床，本发明采用了以下技术方案：