[发明专利]一种金属带锯超声锯切加工方法

摘要

本发明公开了一种金属带锯超声锯切加工方法及装置，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，本发明的装置包括超声发生器、超声换能器、超声变幅杆、超声机构支座、超声工具杆、工件、锯床底座、电涡流传感器和锯床机身；本发明对机床的兼容性好，能适应各种规格的工件，且成本较低，效果明显。发生器输出频率能随负载变化而跟踪变化，保证振幅始终最大。超声振动的添加也使得工件产生了平行于锯切方向的振动，增大了锯齿的锯切长度，使得锯切的效率和锯切工件的表面质量大大提高。

主权项

一种金属带锯超声锯切加工方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：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；为了使超声系统达到谐振状态，超声发生器通过搜索压电陶瓷两端的最大电压并得出最大电压所对应的频率，并将该频率作为超声发生器的输出频率，使振动系统重新回到谐振状态；由于超声发生器的频率跟踪系统的频率可搜索范围有限；当超声系统谐振频率变化导致由振动所产生的压电陶瓷两端的电压超过频率跟踪系统所能检测的最大范围时，则需通过电涡流传感器采集振动并转化成电信号传输到工控机，再由工控机通过对采集回的工件振动数据进行频谱分析，求出当前工件的振动频率，并取该频率值所在的邻域内的频率数值反馈到超声发生器，由超声发生器对换能器实现输出；通过搜索，工控机得到最大振幅时所对应的超声频率，即为谐振频率；并将此谐振频率通过工控机对超声发生器进行反馈控制输出。