[发明专利]基于声发射信号特征识别与加工参数自动匹配的陶瓷激光车削复合塑性加工方法

权利要求书

1.基于声发射信号特征识别与加工参数自动匹配的陶瓷激光车削复合塑性加工方法，其特征在于：在激光因素、材料因素确定的情况下，通过覆盖所有加工参数、加工工艺状态参数的陶瓷激光车削复合加工与声发射信号检测实验、加工后陶瓷工件表面完整性检测实验，获得基础实验数据，其中激光因素包括激光功率和激光光斑直径，材料因素包括材料成分、微观结构、热传导率、热吸收率和直径，加工参数包括主轴转速、进给速度和切削深度，加工工艺状态参数包括脆性加工工艺状态参数、塑性加工工艺状态参数和热损伤加工工艺状态参数；将测得的表面完整性参数与工件加工时所对应的加工工艺状态参数进行比对，获得表面完整性参数与加工工艺状态参数的对应关系；将检测得到的表面完整性参数与声发射信号进行比对，提取不同加工工艺状态参数的声发射信号，并用声发射信号对工件加工工艺状态进行表征；以获得的加工参数、声发射信号、加工工艺状态参数为样本进行机器学习，建立加工参数与加工工艺状态参数关系的数学模型；利用该数学模型，在输入加工参数时获得未知的加工工艺状态参数，实现在已知加工参数情况下的陶瓷加工工艺状态参数预测；或者利用该数学模型，在输入最佳塑性加工工艺状态参数和已知的加工参数时，获得未知的加工参数，从而实现最佳塑性加工工艺状态参数的加工参数自动匹配、实现陶瓷材料的最佳塑性加工；该方法采用具有声发射信号特征识别与加工参数自动匹配功能的陶瓷激光车削复合加工车床来实现；该陶瓷激光车削复合加工车床包括数控车床(1)、激光加热装置、声发射特征识别系统，其中数控车床(1)为双坐标数控车床；激光加热装置由激光发生器(201)、光纤(202)、光纤输出接口(203)、激光外光路系统(204)、Z轴矩形丝杠滑台(205)、Z轴交流伺服电动机(206)、Y轴交流伺服电动机(207)、Y轴矩形丝杠滑台(208)、倒L型支架(209)、n型支架(210)、激光器控制线(211)、Z轴交流伺服电动机控制线(212)、Y轴交流伺服电动机控制线(213)组成，激光发生器(201)通过激光器控制线(211)与数控系统(101)连接，光纤(202)将激光发生器(201)和光纤输出接口(203)连接，光纤输出接口(203)与激光外光路系统(204)连接；激光外光路系统(204)固定于Y轴矩形丝杠滑台(208)的滑台上，与陶瓷工件(103)、车刀刀柄(105)三维垂直，激光外光路系统(204)的中心线与陶瓷工件(103)的中心线处在同一平面内，激光光斑位于陶瓷工件(103)上并与CBN刀片(104)保持一定的距离，激光光斑较CBN刀片(104)更靠近数控车床(1)的卡盘；n型支架(210)平行于数控车床Z轴并通过螺栓垂直安装于车床大溜板(102)上，倒L型支架(209)平行于数控车床X轴并通过螺栓垂直安装于车床大溜板(102)上，倒L型支架(209)与n型支架(210)垂直焊接；n型支架(210)上端固定有Z轴矩形丝杠滑台(205)，Y轴矩形丝杠滑台(208)固定于Z轴矩形丝杠滑台(205)的滑台上并与Z轴矩形丝杠滑台(205)垂直；激光外光路系统(204)与车床大溜板(102)垂直；Z轴交流伺服电动机(206)固定于Z轴矩形丝杠滑台(205)，Y轴交流伺服电动机(207)固定于Y轴矩形丝杠滑台(208)上，Z轴交流伺服电动机(206)通过Z轴交流伺服电动机控制线(212)与数控系统(101)连接，Y轴交流伺服电动机(207)通过Y轴交流伺服电动机控制线(213)数控系统(101)连接；所述的声发射特征识别系统由传感器(301)、信号线(302)、前置放大器(303)、声发射信号识别系统(304)、反馈数据线(305)组成，传感器(301)为两个，一个固定在车刀刀柄(105)尾端，另一个固定在车刀刀柄(105)前端CBN刀片(104)对应的下端，两者均与前置放大器(303)通过信号线(302)连接；前置放大器(303)与声发射信号识别系统(304)通过信号线(302)连接，数控系统(101)通过反馈数据线(305)与声发射信号识别系统(304)连接；数控系统(101)通过激光器控制线(211)与激光发生器(201)连接并对激光发生器(201)进行控制，车削加工前数控系统(101)控制激光发生器(201)发出激光对陶瓷工件(103)进行预热，加工过程中数控系统(101)根据最佳匹配加工参数进行主轴转速、进给速度和切削深度的控制，加工结束后数控系统(101)控制激光发生器(201)停止工作；n型支架(210)的缺口不影响数控车床(1)的X轴的进给运动，倒L型支架(209)不影响数控车床(1)的Z轴的进给运动并支撑n型支架(210)；激光光斑与CBN刀片(104)刀尖沿车床主轴的距离由Z轴交流伺服电动机(206)控制Z轴矩形丝杠滑台(205)带动激光外光路系统(204)调节；激光光斑的大小由Y轴交流伺服电动机(207)控制Y轴矩形丝杠滑台(208)带动激光外光路系统(204)做上下运动来调节；Z轴矩形丝杠滑台(205)和Y轴矩形丝杠滑台(208)具有自锁功能；固定在车刀刀柄(105)尾端的传感器(301)采集陶瓷加工过程中实时发出的横向声发射信号，固定在车刀刀柄(105)前端CBN刀片(104)对应的下端的传感器(301)采集陶瓷加工过程中实时发出的纵向声发射信号。