孔立阳，胡小平，于保华，刘东海



超声切削加工的声系统阻抗匹配问题研究

孔立阳，胡小平，于保华，刘东海

(杭州电子科技大学机械学院，浙江杭州 310018)

匹配电路作为超声发生器的电系统与声系统的传输纽带，其设计的好坏决定了整个超声加工系统的工作性能。基于实验，分析了匹配电路元件的不同连接方式对声系统性能的影响；提出了基于最小功率点与能量传输效率综合最优的匹配方式与原则，并验证了此种匹配方式能大幅提升切削加工的稳定性。为同类超声加工工艺的匹配电路参数的选取和声系统性能优化提供了依据。

声学系统；能量传输；最小功率点；稳定

0 引言

随着科技的飞速发展，超声技术在加工领域得到了越来越广泛的应用。超声切削加工的工作原理主要是由超声波发生器产生电信号，经由换能器将电能转变为机械能，经过变幅杆增大振幅，最后加载到刀具上切削材料[1]。通常将换能器、变幅杆和切削刀具作为整体，视为超声波发生器的声学负载系统，在这两者之间需要设计匹配电路。芳纶蜂窝材料的正交各向异性和非连续分布的特性，使超声加工过程中声学系统的切削力负载具有时变性。切削力负载的变化导致声学系统的谐振频率、等效阻抗和品质因数等参数发生明显变化，影响声学系统的谐振状态与能量的利用效率。作为匹配电路，不仅要实现调谐、滤波和变阻功能，还必须保证整个超声系统具有良好的转换效率和传输效率。……