超聲振動加工通過超聲波振動切削系統(tǒng)將超聲波能量施與刀具，使其產(chǎn)生沿主切削運動方向的一定振幅的超聲頻振動，形成脈沖力作用的分離型的脈沖切削，消除切削過程的擠壓和微觀的低頻彈性振動。由于這種切削機理不同于普通切削機理，切削區(qū)溫度室溫化，切削力只是普通切削的1/10～1/3，切削剛性化，加工精度和表面質(zhì)量可以提高幾級，刀具耐用度提高幾倍。目前我們已經(jīng)成功的對難加工材料進行了超聲波振動鏜孔加工，得到了上面提到的加工效果?，F(xiàn)在正在著手研究超聲波振動銑削技術。
超聲振動加工中的自動頻率跟蹤問題深受國內(nèi)外研究、應用者重視,特別是國外,由于起步早,應用廣,形式也很多。下面介紹幾種典型系統(tǒng)：
1、模擬試驗式頻率跟蹤系統(tǒng)
前蘇聯(lián)的一項早期研究認為,超聲設備在載荷狀態(tài)下,換能器系統(tǒng)的固有頻率會發(fā)生變化,輸出振幅減小,為獲得大振幅以提高加工質(zhì)量,應使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)下。實現(xiàn)方法:通過模擬試驗,找出各種載荷下的對應固有頻率,工作時,根據(jù)載荷情況,調(diào)節(jié)電源的頻率至相應的f′o,從而保證系統(tǒng)的諧振工作狀態(tài)。
該方法思路簡單,所需的設備少,但存在以下缺陷:
(a)由于各種加工設備的性質(zhì)不同,即使載荷相同,其固有頻率變化也不會相同,因此實驗數(shù)據(jù)通用性差。
(b)由于振動系統(tǒng)的固有頻率受多種因素影響,而模擬試驗不可能照顧到各個方面,因此,數(shù)據(jù)的可靠性不強,失諧在所難免。
(c)不易自控。鑒于以上缺陷,該法不能推廣使用。
2、利用聲—電換能器提取諧振頻率信號從而實現(xiàn)自動頻率跟蹤
利用聲—電換能器提取反饋(跟蹤)信號是聲反饋的一種。該法根據(jù)反磁致伸縮原理,把工作換能器同時作為敏感元件,在其上繞制測量線圈。換能器工作時的伸縮振動,將在測量線圈中感應出電動勢。該電動勢的大小與換能器的振幅成比例。工作時,不斷小幅度改變電源頻率,測量并處理感應電動勢,從而得到諧振頻率。
這種方法,控制思路科學,實用效果好,對工作機及其負載無特殊要求,適應性廣,自動跟蹤易于實現(xiàn)。不足之處是工作換能器兼作敏感元件,其結構必然較為復雜。
3、電反饋法
電反饋法把換能器等機械系統(tǒng)等效為一個電負載。測量等效電路中的信號,并加以比較。當諧振時,其回路電流電壓同相位,即電位差為0;當電壓超前電流時,工作電源頻率高于換能器的固有振動頻率;反之,當電壓滯后電流時,工作電源頻率低于換能器的固有振動頻率。因此,只要測量出電壓、電流的相位,加以比較,即可判斷出工作狀態(tài),再進行適當調(diào)整即可使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)。
該法用電子線路控制,不涉及換能器等機械系統(tǒng)的結構、尺寸。因此,適應性廣。
4、電反饋自動頻率跟蹤系統(tǒng)
該法把換能器系統(tǒng)等效成橋式回路的一個電學臂。工作原理:用橋式電路補償電學臂,用運算放大器的差動放大形式對壓電振動子(換能器)的傳輸函數(shù)進行補償運算。
該法的主要缺陷為:精細的動態(tài)平衡不易實現(xiàn),參量調(diào)節(jié)范圍不大。
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