[发明专利]一种金属带锯超声锯切加工方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种超声辅助带锯加工装置，特别是涉及一种金属带锯超声锯切加工方法及装置。

技术背景：

金属带锯床作为机械加工制造的第一道工序所需设备，其加工精度和自动化程度直接关系到后续工序的效率和质量，但是由于传统加工方法的技术局限性，使得当锯切高硬度材料时切削效率会大大下降，并且加快金属带锯条磨损，加大电动机的锯切负载，同时也会增大加工表面的粗糙度。

超声加工技术是最适合加工硬脆性材料的技术之一，它是在锯切加工的基础上，借助超声振动的方法去除工件上的被加工材料。超声加工通过由超声发生器产生超声振动能量，帮助锯条克服材料金属键做工，实现锯切。同时也改善锯切加工的效果，其不但保留了锯切加工的特性，还可以大幅度提高加工效率，减小切削力，同时还可以有效的改善工件的表面加工质量。因此，研制工件附加超声振动的金属带锯加工方法及装置对提高金属锯切速度与锯切表面质量有非常重要的意义。

目前，在相关领域并没有基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置，如专利号CN201320135602.9(授权公告号CN203197686U，授权公告日2013年9月18日)公开了一种用于超声辅助磨削机床的磨削刀柄，该超声加工刀柄，主要包括刀柄和换能器，换能器一端设置于刀柄内部，刀柄外侧设置有电磁转换装置，换能器包括变幅杆,压电陶瓷，压板预紧螺母，预紧螺栓以此连接压板，压电陶瓷和变幅杆，变幅杆和刀柄通过刀柄紧固连接。当超声电源产生超声信号后首先传递到发射线圈再由电磁感性传递到接收线圈。再由接收线圈与换能器电极相连，从而驱动换能器产生振动。由于此时振幅较小，因此需要经由变幅杆对振幅进行放大，最终输出到加工工具上。此超声辅助装置通过对加工工具施加超声振动来实现，而在带锯床上，由于带锯条较长，振动控制困难。因此对锯床无法适用。本发明针对以上不足，提供了一种将超声附加在工件上的超声辅助加工装置。

发明内容

本发明针对现有金属带锯加工存在锯切范围窄、效率较低和锯齿易粘屑等不足，提出了一种金属带锯超声锯切工艺及装置；是一种通过给工件附加超声，从而实现超声锯切的工艺；是一种针对不同规格及尺寸工件，设计专用超声受迫振动夹具的方法；是一种包含超声电源，换能器和变幅杆的工件超声加载装置；是一种集锯切负载和工件振动数据采集、分析和诊断的振动锯切效果分析装置。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤（1）基于反馈产生超声电磁脉冲；

根据待加工工件材料特性及工况条件，选择相应频率调节范围及输出功率的超声发生器和与超声发生器相配套的超声换能器，根据需要输出的振动的振幅设计相应参数的超声变幅杆，并且得出超声系统的谐振频率；将超声系统的谐振频率作为超声发生器的初始输出频率；在锯床开始工作后，超声发生器的输出频率受频率跟踪电路和工控机的反馈调节；

步骤（2）由电磁脉冲转换为机械振动；

超声发生器将产生的超声电信号通过主电路输出端传递到超声换能器的发射线圈再通过电磁感应将电信号传递到超声换能器的接收线圈，超声换能器的接收线圈与超声换能器的电极直接相连，从而驱动换能器产生振动，实现将电能转化为机械能；

步骤（3）放大机械振动；

超声电磁脉冲经换能器后有电信号转化成机械振动，由于此时振动的振幅无法满足辅助锯切的要求，因此需要将振幅通过变幅杆进行放大；变幅杆的设计主要利用纵波在细棒中的传播特性，对超声换能器输出的振幅进行放大，使输出的振幅达到辅助锯切的要求；

通过变幅杆获得实现辅助锯切所需的振动，再将超声振动通过超声工具杆输出到选定的待加工工件上，使待加工工件能够在超声装置作用下做受迫振动；

步骤（4）振动辅助锯切加工：

在工件锯切过程中，超声发生器产生的超声振动能量通过超声工具杆输出到工件上，帮助金属带锯条克服待加工材料的金属键从而实现材料的去除，减轻带锯轮电机的负载；当超声装置输出端负载发生变化时，超声装置的声学性能参数也将发生变化，导致谐振频率的改变，致使振动系统失谐；由于变幅杆的振动导致与其连接的压电陶瓷片产生伸缩振动，从而使压电传感器产生感应电压,这种电压大小与振幅成正比；因此,检测电压值就能确定振动幅值的大小；当系统谐振时,振幅最大,感应电压也为最大；根据此规律可知感应电压最大值所对应的的频率即为系统的谐振频率,通过搜寻感应电压最大值就能实现频率自动跟踪；