[发明专利]一种振动加工用工件微激振装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及工件激振，特别是涉及一种具有振动和切削参数可监控的工件微激振装置及方法。

背景技术

振动切削是指在切削过程中给刀具或者工件加上一种连续发生的可控制的有规律振动，以此来改变加工机理的切削方法。随着科学和工业的不断发展，振动切削技术以其减小切削力和功率消耗，提高生产效率，提高加工精度和表面质量，减小刀具磨损以及延长刀具寿命等优势，得到越来越广泛的研究与应用。因此，研制一种振动加工用工件微激振装置及方法对工件加工的高精度化、高效率化和节能环保具有非常重要的意义。

目前，在相关领域，并没有简单实用的振动加工用工件微激振装置及方法。如华侨大学沈剑云等人申请的申请号为201410227423.7(申请公布号CN103978560A，申请公布日2014年08月13日)的一种快换式超声振动辅助锯切装置，该装置包括刀柄连接杆，还包括内套筒、外套筒、超声波换能器、集流装置、初级放大变幅杆、对称变幅杆和锯片。该装置通过加入一个超声冲击作用和空化作用，使得在工件材料在切削过程中通过产生微裂纹而被去除。该装置适用于多种机床，解决了传统锯切硬脆性材料的切削力大、材料损耗大与崩边严重等问题。但是超声振动会使锯片发热严重，长时间发热会使加工效率大大降低，不能长时间连续工作。故该装置并不能使工件加工高效率化，也不简单实用。再如专利号为CN200610085346.1(授权公告号CN1861274，授权公告日2006年11月15日)公开了一种用于振动切削的复合式激振装置，该装置由壳体、变频器、电动机、联轴器、主动轴、锥齿轮副、垂直轴、曲柄滑块机构、圆柱齿轮传动机构、双偏心机构、隔振单元、弹簧、中心轴、平键和法兰轴等组成。该装置通过曲柄滑块机构和双偏心机构把输入的一个旋转运动转化为具有一定频率和振幅的一个扭转振动和一个轴向振动的叠加运动。根据加工需要,可以单独选择扭转振动、轴向振动和复合振动。但是该装置振动结构复杂，适用范围小。又如专利号为CN201320614623.9(授权公告号CN 203587307U，授权公告日2014年05月07日)公开了一种振幅连续可调的机械式振动台，该机械式振动台由底座，丝杠，滑台，凸轮，电机，台面，连杆，拉簧，下支点，杠杆和顶杆组成。该振动台由电机驱动，通过凸轮机构带动杠杆摆动，杠杆进而驱动振动台的台面产生振动。该装置可以实现振动台振幅调节功能。但该机械式振动台结构功能过于简单，无法实现调频、监控等功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有振动加工激振技术的不足，提出一种集机构设计、调幅、调频和状态监控为一体的工件激振装置及方法，采用偏心轮轴激振机构、滚柱导向限位机构和带传动增频机构，实现0～2.5mm振幅、0～300Hz激振频率可调，可通过工件微位移振动特性(振幅与频率)反馈和实时切削负载力反馈，实时监控、检测与诊断工件的切削负载力和激振特性。

本发明的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；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。