超聲振動(dòng)加工操作有哪幾種典型系統(tǒng)

　　超聲振動(dòng)加工通過超聲波振動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向的一定振幅的超聲頻振動(dòng)，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(dòng)。由于這種切削機(jī)理不同于普通切削機(jī)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(jí)，刀具耐用度提高幾倍。目前我們已經(jīng)成功的對(duì)難加工材料進(jìn)行了超聲波振動(dòng)鏜孔加工，得到了上面提到的加工效果。現(xiàn)在正在著手研究超聲波振動(dòng)銑削技術(shù)。
 

　　超聲振動(dòng)加工中的自動(dòng)頻率跟蹤問題深受國內(nèi)外研究、應(yīng)用者重視,特別是國外,由于起步早,應(yīng)用廣,形式也很多。下面介紹幾種典型系統(tǒng)：
 

　　1、模擬試驗(yàn)式頻率跟蹤系統(tǒng)
 

　　前蘇聯(lián)的一項(xiàng)早期研究認(rèn)為,超聲設(shè)備在載荷狀態(tài)下,換能器系統(tǒng)的固有頻率會(huì)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(yīng)使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)下。實(shí)現(xiàn)方法:通過模擬試驗(yàn),找出各種載荷下的對(duì)應(yīng)固有頻率,工作時(shí),根據(jù)載荷情況,調(diào)節(jié)電源的頻率至相應(yīng)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(shè)備少,但存在以下缺陷:
 

　　(a)由于各種加工設(shè)備的性質(zhì)不同,即使載荷相同,其固有頻率變化也不會(huì)相同,因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通用性差。
 

　　(b)由于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率受多種因素影響,而模擬試驗(yàn)不可能照顧到各個(gè)方面,因此,數(shù)據(jù)的可靠性不強(qiáng),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(hào)從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟蹤
 

　　利用聲—電換能器提取反饋(跟蹤)信號(hào)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(shí)作為敏感元件,在其上繞制測量線圈。換能器工作時(shí)的伸縮振動(dòng),將在測量線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢。該電動(dòng)勢的大小與換能器的振幅成比例。工作時(shí),不斷小幅度改變電源頻率,測量并處理感應(yīng)電動(dòng)勢,從而得到諧振頻率。
 

　　這種方法,控制思路科學(xué),實(shí)用效果好,對(duì)工作機(jī)及其負(fù)載無特殊要求,適應(yīng)性廣,自動(dòng)跟蹤易于實(shí)現(xiàn)。不足之處是工作換能器兼作敏感元件,其結(jié)構(gòu)必然較為復(fù)雜。
 

　　3、電反饋法
 

　　電反饋法把換能器等機(jī)械系統(tǒng)等效為一個(gè)電負(fù)載。測量等效電路中的信號(hào),并加以比較。當(dāng)諧振時(shí),其回路電流電壓同相位,即電位差為0;當(dāng)電壓超前電流時(shí),工作電源頻率高于換能器的固有振動(dòng)頻率;反之,當(dāng)電壓滯后電流時(shí),工作電源頻率低于換能器的固有振動(dòng)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(jìn)行適當(dāng)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(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸。因此,適應(yīng)性廣。
 

　　4、電反饋?zhàn)詣?dòng)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(gè)電學(xué)臂。工作原理:用橋式電路補(bǔ)償電學(xué)臂,用運(yùn)算放大器的差動(dòng)放大形式對(duì)壓電振動(dòng)子(換能器)的傳輸函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。
 

　　該法的主要缺陷為:精細(xì)的動(dòng)態(tài)平衡不易實(shí)現(xiàn),參量調(diào)節(jié)范圍不大。