随着航空、电子、光学及通信工业的新技术迅猛发展,硬脆材料、难加工材料的需求日益增多,对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出了更高的要求。如何提高关键零件的加工效率、加工质量和加工精度是加工领域亟需解决的难题。超声振动辅助磨削是将超声加工与磨削加工相结合的一种复合加工方法,相比于传统磨削,在加工效率、加工质量和加工精度上有很大优势。超声振动的稳定性是影响超声振动辅助加工质量的关键因素之一。超声电源的作用是产生稳定的用于激励压电换能器振动的超声信号,因此超声电源的性能直接决定了超声振动辅助磨削加工的加工质量。在超声振动辅助磨削加工中,超声电源需要对更换刀具后的超声刀柄的谐振频率进行自动识别并能稳定输出与之对应的频率;另外还需超声电源具有功率调节功能以适应不同的加工材料。为此,本文开展了以下研究工作:(1)根据超声电源的设计指标,确定了超声电源的总体方案,通过整流电路、调压电路和逆变电路,确定了超声电源的主电路拓扑结构,采用单相桥式不控整流电路、直流降压斩波电路和IGBT构成的半桥逆变电路构成了超声电源的主电路。计算选取了主电路关键元件的参数,在Multisim仿真软件上,就关键元件的参数对电路输出电压波形的影响进行了仿真,在仿真结果的基础上对元件参数进行了优化。(2)对超声刀柄压电换能器的等效电路模型的阻抗特做了详细分析,选择压电换能器的串联谐振频率作为超声电源要识别的谐振频率;对比了串联电感匹配和并联电感匹配两种匹配模式下的压电换能器的阻抗特性,确定了压电换能器的调谐匹配方式;根据压电换能器的等效阻抗和超声电源的等效内阻完成了压电换能器的阻抗匹配,用面积乘积法确定了高频变压的参数和型号。(3)通过电流电压采样电路、信号处理电路、电流有效值检测电路和相位差检测电路确定了超声电源的反馈控制电路的拓扑结构,就选取的器件在Multisim仿真软件上进行仿真,将仿真结果与理论计算进行了对比;对超声电源控制系统的控制思想和软件流程进行详细说明,并对超声电源的谐振频率自动识别和功率控制程序做了编写。(4)根据设计的电路图制作了超声电源样机并对超声电源样机开展了超声电源谐振频率自动识别性能测试。通过与阻抗分析仪的对比测试和超声电源样机的重复测试验证了超声电源谐振频率自动识别的稳定性,通过刀具端面振幅验证试验验证了超声电源频率谐振自动识别的精确性。