CN104475864B - 一种基于电液伺服激振的振动锯切装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电液伺服激振的振动锯切装置及方法，该装置包括振动液压缸、盖板、右侧夹块、丝杠、左侧夹块、加速度传感器、挡块、夹紧液压缸、振动部件、温度计及冷却器、伺服阀、前置放大器、转换板、数据采集卡、工控机、振动平台支撑滚珠和动密封圈，所述的振动部件包括法兰盘、振动平台、工件导向座、振动平台导向滚珠和箱体；本发明装置硬件结构简单，与锯床装配方便，适合于现场环境要求，装置分析识别主要靠软件编程开发实现，可靠性高,便于维护和升级，检测装置响应频率高，信息存储量大，精度高，自适应能力强。

Description

一种基于电液伺服激振的振动锯切装置及方法

技术领域

本发明涉及一种大型锯切工件的振动锯切方法及装置，特别涉及一种基于电液伺服激振的振动锯切装置及方法。

背景技术

振动切削是指切削工具相对工件以一定切削速度运动,并利用另外设置的振动源,使工件以一定的振幅、频率振动来完成加工的方法,与传统切削方法相比,振动切削具有许多优点,如较低的切削力、较高的加工精度和较低的表面粗糙度.振动切削可以提高切削质量,不仅超声振动切削能达到优异的工艺效果,同时低频振动切削也能达到类似的工艺效果.由于低频振动切削比超声振动切削更易实现,技术难度较小,因此具有更大的实用价值目前国内外对超声振动切削研究较多,而对低频振动切削则研究较少。因此，研制基于电液伺服激振的振动锯切方法及装置对研究金属带锯床的高精度化、高效率化和低噪声化有非常重要的意义。

目前，在关于增加加工精度方面，如专利号为CN200810048802.4(授权公告号CN101362347，授权公告日2009年09月23日)公开了一种应用于振动切削的液击激振方法及装置,以液击能为激振装置的激振源,是通过液路瞬时被关断,液压急剧增高而产生的。激振装置包括外壳、活阀、活阀弹簧、活塞、活塞弹簧、变幅机构和刀柄夹具等七个部分。本发明将激振装置和切削冷却系统合二为一,产生液击能的切削液同时作为切削冷却系统的冷却液,从而简化了切削冷却系统的结构；高压的切削液同普通的切削液相比具有更好的冷却和排屑功效；本发明的装置工作时需要配置产生高压切削液的液压系统,特别是液压泵；但是该装置液路要被瞬时导通和关闭，对系统的稳定性和寿命要求较高，因此不适合用于锯切工件的振动。又如专利号为CN200610085346.1(授权公告号CN1861274，授权公告日2006年11月15日)公开了本发明是一种用于振动切削的复合式激振装置,它是由壳体、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。本发明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,并可以实现扭转振动频率1-100Hz无级调节、振幅3°-10°有级调节,轴向振动频率10-50Hz有级调节、振幅0-0.4mm无级调节。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，且其振动执行单元并不适合用在金属带锯床上。因此并不适用于金属带锯床增加加工效率和加工精度的要求。本发明针对以上技术的不足，提供了一种基于电液式振动发生器的金属带锯锯切工艺及装置。

发明内容

本发明针对实现大型锯切工件振动锯切的技术难题，提供了一种基于电液伺服激振的振动锯切装置及方法。该发明是一种将高频电液伺服激振传递到大型工件夹具上，使工件夹具产生相应的振动，从而实现振动锯切的方法；是一种具有激振液压缸、伺服阀、夹具机构和夹具往复运动机构的装置；是一种具有激振系统工况(激振振幅和频率调整，温升等)监控的装置。

一种基于电液伺服激振的振动锯切装置，包括振动液压缸、盖板、右侧夹块、丝杠、左侧夹块、加速度传感器、挡块、夹紧液压缸、振动部件、温度计及冷却器、伺服阀、前置放大器、转换板、数据采集卡、工控机、振动平台支撑滚珠和动密封圈，所述的振动部件包括法兰盘、振动平台、工件导向座、振动平台导向滚珠和箱体；

所述的振动液压缸采用底座安装方式固定在带锯床上，振动液压缸的活塞杆穿过箱体并采用螺纹连接固定在法兰盘上，活塞杆与箱体之间通过动密封圈连接；法兰盘通过螺钉固定在振动平台上，振动平台放置在箱体内，所述的箱体上底面开放；

所述的夹紧液压缸采用底座安装方式固定在振动平台上，夹紧液压缸活塞杆采用中空式活塞杆，丝杠的一端装在中空式活塞杆当中，丝杠上设有挡块，丝杠的另一端与左侧夹块螺纹连接；

所述的箱体通过螺钉固定在锯床上，振动平台支撑滚珠在箱体内，用以支撑振动平台，振动平台导向滚珠设置在振动平台的前后两个侧面，用于防止振动平台的前后晃动；工件导向座焊接在振动平台上，用于限制工件的窜动；

所述的加速度传感器固定在左侧夹块上；所述的伺服阀和振动液压缸是一体式结构；伺服阀的A口与振动液压缸的有杆腔相连，B口与振动液压缸无杆腔相连，P口与进油口相连，T口与回油箱相连；温度计及冷却器安装在进油回路上；

所述的振动液压缸通过PLC输出的电信号，控制伺服阀的阀口大小，从而控制振动液压缸的压力和流量，使其以一定的频率和振幅运动，带动工件振动，实现高频微幅振动；加速度传感器的信号输出端口与前置放大器的模拟量输入端口连接，前置放大器以单端连接的信号转换模式连接到转换板的模拟量输入端口，转换板通过外接电缆传输至数据采集卡，数据采集卡通过PCI接口传输至工控机，工控机输出量控制伺服阀，调节阀口大小，进而调整工件的振幅和频率；温度计及冷却器固连在回油管路上，温度计用于检测回路中的油温，冷却器用于冷却油温，使油温恒定。

一种基于电液伺服激振的振动锯切装置的锯切方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：带锯锯切前，将工件装入振动平台上，转动手柄，使夹块预夹紧工件，然后驱动夹紧液压缸，中空式活塞杆推动丝杠上的挡块，带动丝杠，微调夹块机构，使其夹紧工件；

步骤二：调整振动液压缸的流量，使振动平台以频率f₀，幅值a往复运动，并且满足2πf₀a<v，v是带锯条的锯切速度，从而工件产生振动位移；加速度传感器采集工件的振动位移，转换为电信号，加速度传感器输出的电信号传送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采集卡，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；

步骤三：经过信号采集模块采集、转换及运算放大后，数字信号通过PCI接口，传输至工控机内，经过多次数字处理后的特征信号，在基于势能函数分类模型分析识别后，由人机界面显示工件的振动频率和幅值变化；定义f是输出的振动频率，k是比例系数，x为振动幅值，x₀为一固定幅值；PC根据采集的振动信号，若振动的幅值x满足

则控制输出频率变化到f,经过采集卡对数字信号进行D/A转化，通过输出的信号调整伺服阀阀口大小，调整振动液压缸的压力和流量，改变工件振动频率和振幅。

本发明的优点是：

1、装置硬件结构简单，与锯床装配方便，适合于现场环境要求。

2、装置分析识别主要靠软件编程开发实现，可靠性高,便于维护和升级。

3、检测装置响应频率高，信息存储量大，精度高，自适应能力强。

附图说明

图1为带锯锯切振动工作装置示意图；

图2-a为振动部件的主视总图；

图2-b为振动部件的侧视总图；

图2-c为振动部件的俯视总图；

图3-a为振动平台主视图；

图3-b为振动平台侧视图；

图3-c为振动平台俯视图；

图4-a为箱体主视图；

图4-b为箱体侧视图；

图4-c为箱体俯视图；

图5振动发生器锯切方法工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步描述。

如图1、图2-a、图2-b、图2-c、图3-a、3-b、3-c、4-a、4-b、4-c所示，一种基于电液伺服激振的振动锯切装置包括振动液压缸1、盖板2、右侧夹块3、丝杠4、左侧夹块5、加速度传感器6、挡块7、夹紧液压缸8、振动部件9、温度计及冷却器10、伺服阀11、前置放大器12、转换板13、数据采集卡14、工控机15、振动平台支撑滚珠20和动密封圈21，所述的振动部件9包括法兰盘16、振动平台17、工件导向座18、振动平台导向滚珠19和箱体22。

所述的振动液压缸1采用底座安装方式固定在带锯床上，振动液压缸1的活塞杆穿过箱体22并采用螺纹连接固定在法兰盘16上，活塞杆与箱体22之间通过动密封圈21连接，防止活塞处的润滑油泄露。法兰盘16通过螺钉固定在振动平台17上，振动平台17放置在箱体内，所述的箱体上底面开放。

所述的夹紧液压缸8采用底座安装方式固定在振动平台17上，夹紧液压缸8活塞杆采用中空式活塞杆，丝杠4的一端装在中空式活塞杆当中，丝杠4上设有挡块7，丝杠4的另一端与左侧夹块5螺纹连接。

所述的箱体22通过螺钉固定在锯床上，振动平台支撑滚珠20在箱体22内，用以支撑振动平台17，振动平台导向滚珠19设置在振动平台17的前后两个侧面，用于防止振动平台的前后晃动。工件导向座18焊接在振动平台17上，用于限制工件的窜动。

所述的加速度传感器6固定在左侧夹块5上。所述的伺服阀11和振动液压缸1是一体式结构。伺服阀11的A口与振动液压缸1的有杆腔相连，B口与振动液压缸1无杆腔相连，P口与进油口相连，T口与回油箱相连。温度计及冷却器10安装在进油回路上。

所述的振动液压缸通过PLC输出的电信号，控制伺服阀的阀口大小，从而控制振动液压缸的压力和流量，使其以一定的频率和振幅运动，带动工件振动，实现高频微幅振动。加速度传感器的信号输出端口与前置放大器12的模拟量输入端口连接，前置放大器12以单端连接的信号转换模式连接到转换板13的模拟量输入端口，转换板13通过外接电缆传输至数据采集卡14，数据采集卡14通过PCI接口传输至工控机15，工控机输出量控制伺服阀11，调节阀口大小，进而调整工件的振幅和频率。温度计及冷却器10固连在回油管路上，温度计用于检测回路中的油温，冷却器用于冷却油温，使油温恒定。

如图5所示，基于电液式振动发生器的金属带锯锯切方法：

步骤一：带锯锯切前，将工件装入振动平台上，转动手柄，使夹块预夹紧工件，然后驱动夹紧液压缸，中空式活塞杆推动丝杠上的挡块，带动丝杠，微调夹块机构，使其夹紧工件。

步骤二：调整振动液压缸的流量，使振动平台以频率f₀，幅值a往复运动，并且满足2πf₀a<v，v是带锯条的锯切速度，从而工件产生振动位移。加速度传感器采集工件的振动位移，转换为电信号，加速度传感器输出的电信号传送至前置放大器7的模拟量输入端口，经前置放大器12放大后的电信号转换板13的模拟量输入端口。输入转换板13的模拟信号通过外接电缆传输至采集卡14，采集卡14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。

步骤三：经过信号采集模块采集、转换及运算放大后，数字信号通过PCI接口，传输至工控机15内，经过多次数字处理后的特征信号，在基于势能函数分类模型分析识别后，由人机界面显示工件的振动频率和幅值变化。定义f是输出的振动频率，k是比例系数，x为振动幅值，x₀为一固定幅值。PC根据采集的振动信号，若振动的幅值x满足

则控制输出频率变化到f,经过采集卡对数字信号进行D/A转化，通过输出的信号调整伺服阀14阀口大小，调整振动液压缸的压力和流量，改变工件振动频率和振幅。

Claims (2)

1.一种基于电液伺服激振的振动锯切装置，包括振动液压缸、盖板、右侧夹块、丝杠、左侧夹块、加速度传感器、挡块、夹紧液压缸、振动部件、温度计及冷却器、伺服阀、前置放大器、转换板、数据采集卡、工控机、振动平台支撑滚珠和动密封圈，所述的振动部件包括法兰盘、振动平台、工件导向座、振动平台导向滚珠和箱体；

其特征在于：所述的振动液压缸采用底座安装方式固定在带锯床上，振动液压缸的活塞杆穿过箱体并采用螺纹连接固定在法兰盘上，活塞杆与箱体之间通过动密封圈连接；法兰盘通过螺钉固定在振动平台上，振动平台放置在箱体内，所述的箱体上底面开放；

所述的夹紧液压缸采用底座安装方式固定在振动平台上，夹紧液压缸活塞杆采用中空式活塞杆，丝杠的一端装在中空式活塞杆当中，丝杠上设有挡块，丝杠的另一端与左侧夹块螺纹连接；

所述的箱体通过螺钉固定在锯床上，振动平台支撑滚珠在箱体内，用以支撑振动平台，振动平台导向滚珠设置在振动平台的前后两个侧面，用于防止振动平台的前后晃动；工件导向座焊接在振动平台上，用于限制工件的窜动；

所述的加速度传感器固定在左侧夹块上；所述的伺服阀和振动液压缸是一体式结构；伺服阀的A口与振动液压缸的有杆腔相连，B口与振动液压缸无杆腔相连，P口与进油口相连，T口与回油箱相连；温度计及冷却器安装在进油回路上；

所述的振动液压缸通过PLC输出的电信号，控制伺服阀的阀口大小，从而控制振动液压缸的压力和流量，使其以一定的频率和振幅运动，带动工件振动，实现高频微幅振动；加速度传感器的信号输出端口与前置放大器的模拟量输入端口连接，前置放大器以单端连接的信号转换模式连接到转换板的模拟量输入端口，转换板通过外接电缆传输至数据采集卡，数据采集卡通过PCI接口传输至工控机，工控机输出量控制伺服阀，调节阀口大小，进而调整工件的振幅和频率；温度计及冷却器固连在回油管路上，温度计用于检测回路中的油温，冷却器用于冷却油温，使油温恒定。

2.根据权利要求1所述的一种基于电液伺服激振的振动锯切装置的锯切方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：带锯锯切前，将工件装入振动平台上，转动手柄，使夹块预夹紧工件，然后驱动夹紧液压缸，中空式活塞杆推动丝杠上的挡块，带动丝杠，微调夹块机构，使其夹紧工件；

步骤二：调整振动液压缸的流量，使振动平台以频率f₀，幅值a往复运动，并且满足2πf₀a<v，v是带锯条的锯切速度，从而工件产生振动位移；加速度传感器采集工件的振动位移，转换为电信号，加速度传感器输出的电信号传送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采集卡，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；

步骤三：经过信号采集模块采集、转换及运算放大后，数字信号通过PCI接口，传输至工控机内，经过多次数字处理后的特征信号，在基于势能函数分类模型分析识别后，由人机界面显示工件的振动频率和幅值变化；定义f是输出的振动频率，k是比例系数，x为振动幅值，x₀为一固定幅值；PC根据采集的振动信号，若振动的幅值x满足

$f=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{kf}}_0& k\&GreaterEqual;1,x\&GreaterEqual;x_0\\ f_0& x<x_0\end{array}\right.$

则控制输出频率变化到f,经过采集卡对数字信号进行D/A转化，通过输出的信号调整伺服阀阀口大小，调整振动液压缸的压力和流量，改变工件振动频率和振幅。