● 摘要
超声振动加工作为一种先进加工技术，目前已经体现出十分显著的优势。但加工过程中换能器振幅不稳定，影响了超声振动加工的性能。本文通过对大功率状态下换能器工作特性的测量确定了换能器工作点，并分析其振幅不稳定的原因，设计了可以实现输出功率自动调节的超声振动加工电源。本文首先提出了一种利用测量换能器工作状态下的电压、电流以及两者之间的相位差在线测量超声换能器阻抗特性的实验方法，建立了大功率下换能器阻抗特性的在线测量系统。对实验获得的换能器阻抗特性进行分析，选择换能器工作于反并联谐振区。分析表明工作在该工作点下，超声电源可以有效滤除方波信号中的高次谐波，使换能器两端的电压信号为单一频率的正弦波，超声换能器振动稳定，振幅大，功耗低，带载能力强，适合用于超声振动加工。通过分析换能器加载过程的特性，发现换能器电品质因数下降是导致振动加工系统负载变化时换能器振幅不稳定的原因。 设计了可以实现输出功率自动调节，从而稳定换能器振幅的超声振动电源。该电源主要由信号发生器、功率放大电路以及斩波调压电路三个模块组成。利用DDS芯片产生高分辨率、高精度且频率可以调节的超声频方波信号，利用功率放大电路对方波信号进行隔离及放大，斩波调压电路用于实现功率放大电路换能器输出功率的自动调节，由PWM控制芯片SG3525和大功率MOSFET开关管组成。实验结果表明，电源可以有效提高系统功率输出的稳定性，对于提高超声振动加工性能，改善加工质量具有重要的意义。