[发明专利]一种振动加工用工件微激振装置及方法

权利要求书

1.一种振动加工用工件微激振装置，包括伺服电机、振动机构、监控系统、夹具和激振装置底板，其特征在于：

所述的振动机构包括滚柱、偏心轮轴、振动台、滚珠和支撑座；所述的监控系统包括激光位移传感器、三向力传感器、前置放大器、电信号转换板、数据采集卡、工控机和驱动器；所述的支撑座固定于激振装置底板上；所述偏心轮轴的两端分别通过轴承支承在支撑座的前、后板上，伺服电机驱动偏心轮轴；所述振动台底部的偏心槽的两侧壁与偏心轮轴的偏心轮相切；n根滚柱均分为两组设置在偏心轮轴两侧，每组的滚柱呈行数为2的矩阵排布，其中，n≥8，且为偶数；每根滚柱的两端分别通过轴承支承在支撑座的前、后板上；所述振动台的底部两侧设有一体成型且对称的两块滑动块；每块滑动块的顶部和底部与对应一组滚柱形成滚动副；振动台的前、后面位于偏心槽两侧均开有限位槽组，限位槽组包括两个限位槽；支撑座的前、后板与振动台的各个限位槽之间均设有滚珠；

所述的激光位移传感器检测工件的微位移；所述的三向力传感器安装于振动台上，检测刀具的切削负载力；所述的夹具固定在三向力传感器顶部；激光位移传感器及三向力传感器的信号输出端口分别与前置放大器的一个模拟量输入端口连接；前置放大器将放大后的信号传给电信号转换板的模拟量输入端口，电信号转换板通过外接电缆将信号传输至数据采集卡，数据采集卡通过PCI接口传输信号至工控机；所述的工控机对工件的微位移振动频率及刀具的切削负载力数据进行处理分析，并对输出量进行优化调整；经工控机优化后的输出量通过驱动器控制伺服电机转速，伺服电机调整工件的微位移振动频率；

所述伺服电机固定于电机安装座，其输出轴上固定有主动带轮；电机安装座固定在激振装置底板上；从动带轮固定在振动机构的偏心轮轴上；所述的主动带轮与从动带轮通过同步带连接，张紧机构张紧同步带；所述主动带轮的直径大于从动带轮的直径。

2.采用权利要求1所述的振动加工用工件微激振装置对工件的微激振方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

步骤一、将工件放置于振动台上的三向力传感器顶部，夹具夹紧工件；伺服电机驱动偏心轮轴转动；偏心轮轴的偏心轮激励振动台振动，从而使工件产生微幅振动；

步骤二、启动机床，刀具在工件微幅振动下对工件进行振动切削；

步骤三、工件加工时，监控系统中激光位移传感器以及三向力传感器输出的电信号传输至前置放大器的模拟量输入端口，经前置放大器放大后的电信号传输至电信号转换板的模拟量输入端口；输入转换板的模拟信号通过外接电缆传输至数据采集卡，数据采集卡先进行通道扫描及增益运算处理，来优化模拟信号转换效率及精度，然后对模拟信号进行高速A/D转换，最终通过PCI接口传输至工控机内；

步骤四、工控机对工件的微位移振动频率及刀具的切削负载力数据进行处理分析，并对输出量进行优化调整，经工控机优化后的输出量通过驱动器控制伺服电机转速，进而对工件的振动频率进行优化调整，从而优化工件的振动切削工况；

所述的监控系统对工件振动切削工况的监控及优化过程具体如下：设刀具对工件进行切削加工时的切削速度v_f和进给速度v_c，激光位移传感器反馈工件的初始振动频率f₀；三向力传感器反馈刀具对工件的切削负载力，切削负载力包括切削抗力F_x、侧向力F_y和进给抗力F_z；工控机计算求解泛函T在20～30s中选一个值，若该泛函没有极值，则工控机通过驱动器控制伺服电机转速，带动振动台将工件的振动频率调整为f_k+1＝f_k+Δf，产生新的切削负载力，并通过三向力传感器反馈到工控机，再由工控机在下一个周期T内计算泛函，其中，k＝0,1,2...,m，m为不超过80的整数，Δf为振动频率调整的步长，可在5～10HZ中选一个值；若某个周期T内泛函出现极值，可确定该周期T内在极值点处的振动频率为工件的最优振动频率f，继而工控机通过驱动器控制伺服电机转速，带动振动台将工件的振动频率调整为最优振动频率f，刀具在工件保持最优振动频率f振动下对工件进行振动切削。