根滚柱 17呈行数为2的矩阵排布；每根滚柱17的两端分别通过滚柱深沟球轴承21支承在支撑座 22的前、后板上；振动台19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的四根滚柱17形成滚动副，从而限制振动台19沿偏心轮轴18的径 向窜动；振动台19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22的前、后板与振动台19的各个限位槽之间均设有滚珠20,滚珠20限制振动台19 沿偏心轮轴18的轴向窜动。
[0025] 主动带轮13固定在伺服电机2的输出轴上，从动带轮16固定在振动机构3的偏 心轮轴18上；主动带轮13与从动带轮16通过同步带14连接，张紧机构15张紧同步带14 ; 电机安装座1固定在激振装置底板7上，伺服电机2固定于电机安装座1，并驱动主动带轮 13转动；主动带轮13经同步带14和从动带轮16带动偏心轮轴18转动，从而使振动台19 微幅振动；主动带轮13的直径大于从动带轮16的直径，从而实现增频功能。
[0026] 激光位移传感器5检测工件的微位移；三向力传感器6安装于振动台19上，检测 刀具的切削负载力；夹具4固定在三向力传感器6顶部；激光位移传感器5及三向力传感器 6的信号输出端口分别与前置放大器8的一个模拟量输入端口连接；前置放大器8将放大 后的信号传给电信号转换板9的模拟量输入端口，电信号转换板9通过外接电缆将信号传 输至数据采集卡10,数据采集卡10通过PCI接口传输信号至工控机11 ;工控机11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11优化后的输出量通过驱动器12控制伺服电机2转速，进而调整工件的微位移振 动频率。
[0027] -种振动加工用工件微激振方法，具体步骤如下：
[0028] 步骤一、将工件放置于振动台19上的三向力传感器6顶部，夹具4夹紧工件；启动 伺服电机2,通过主动带轮13、同步带14和从动带轮16带动振动机构3的偏心轮轴18转 动；偏心轮轴18的偏心轮激励振动台19振动，从而使工件产生微幅振动。
[0029] 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。
[0030] 步骤三、工件加工时，监控系统中激光位移传感器5以及三向力传感器6输出的 电信号传输至前置放大器8的模拟量输入端口，经前置放大器8放大后的电信号传输至电 信号转换板9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 10,数据采集卡10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11内。
[0031] 步骤四、工控机11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11优化后的输出量通过驱动器12控制伺服电机 2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。
[0032] 如图4所示，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vf和进给速度v。，激光位移传感器5反馈工件的初始振 动频率三向力传感器6反馈刀具对工件的切削负载力，切削负载力包括切削抗力Fx、侧 向力Fy和进给抗力Fz;工控机11计算求解泛函人=j" |i^ |2 + |i7,, |2 + |i7: |2汾，T在 JO一 20~30s中选一个值，若该泛函没有极值，则工控机11通过驱动器12控制伺服电机2转速， 带动振动台19将工件的振动频率调整为fk+1=fk+Af，产生新的切削负载力，并通过三向 力传感器6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，Af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11通过驱动器12控制伺服电机2转速，带动振动台19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。
【主权项】
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、偏屯、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、=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；所述偏屯、轮轴的两端分别通过轴承支承在支撑座的 前、后板上，伺服电机驱动偏屯、轮轴；所述振动台底部的偏屯、槽的两侧壁与偏屯、轮轴的偏屯、 轮相切；n根滚柱均分为两组设置在偏屯、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、后面位于偏屯、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=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=向力传感器顶部；激光位移传感器及=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。2. 根据权利要求1所述的一种振动加工用工件微激振装置，其特征在于：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屯、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。3. 采用权利要求1或2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=向力传感器顶部，夹具夹紧工件；伺服电机驱动偏 屯、轮轴转动；偏屯、轮轴的偏屯、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=、工件加工时，监控系统中激光位移传感器W及=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。4. 根据权利要求3所述的工件微激振方法，其特征在于；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Vf和进 给速度V。，激光位移传感器反馈工件的初始振动频率片;=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Fx、侧向力Fy和进给抗力FZ;工控机计算求解泛函 /jj=IF, |2 +1F|2 +I护，|2玻，T在2〇~3〇s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fw=fk+Af，产生 新的切削负载力，并通过=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，Af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。
【专利摘要】本发明公开了一种振动加工用工件微激振装置及方法。目前并没有简单实用的振动加工用工件微激振装置及方法。本发明的伺服电机驱动偏心轮轴；振动台底部的偏心槽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；振动台的底部两侧设有两块滑动块；每块滑动块的顶部和底部与对应一组滚柱形成滚动副。振动加工用工件微激振方法，步骤如下：工件置于三向力传感器顶部，夹具夹紧工件；伺服电机驱动偏心轮轴，偏心轮激励振动台振动；监控系统对工件振动切削进行监控及优化，并控制伺服电机对工件的振动频率进行调整。本发明可高效实现工件微激振加工，并对工件微位移振动频率和切削负载力实时监控、检测与诊断。
【IPC分类】B06B1/16, B23Q17/00, B23Q17/09, B23Q17/24
【公开号】CN104923470
【申请号】CN201510242827
【发明人】倪敬, 郎建荣, 郑嘉庆, 李璐
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月12日