[发明专利]一种高速分离超声振动切削控制方法

说明书

本发明涉及一种高速分离超声振动切削控制方法。本发明提供一种高速分离超声振动切削控制方法，采用包含闭环DDS的超声振动切削装置，控制刀具在切削过程中做包含垂直于切削速度方向振动的振动，同时通过控制沿切削方向相邻两转刀具运动轨迹的相位差，使相邻两转刀具运动轨迹中因横向振动而产生的凹坑错位重叠，从而减小因垂直于切削速度方向的振动而造成的表面粗糙度恶化程度。由于超声振动包含垂直于切削速度方向的分量，则切削速度的大小不受超声振动切削分离条件的限制，从而可以实现超声振动切削的高速化。通过控制上述相位差，能够同时满足高速切削和表面粗糙度的要求。

技术领域

本发明涉及一种高速分离超声振动切削控制方法。

背景技术

参见图1，传统的超声振动切削是在切削速度方向对刀具施加超声波振动，称之为超声纵向振动，同时，图1中也示出了刀具运动轨迹。超声振动切削实现了刀具切削刃与工件切屑周期性分离，从而减小切削力，并改善加工表面质量，延长刀具寿命，因而被广泛应用于难加工材料的切削加工。但是在传统的超声振动切削加工过程中，为了保持这种周期性分离效果，存在临界切削速度v_c，该临界切削速度v_c满足以下公式：

v_c＝2πF·A

其中，v_c为切削速度，F为刀具振动频率，A为振幅。如果切削速度高于临界切削速度v_c，刀具切削刃会始终与切屑接触，进而失去超声振动周期性分离的优势。所以在实际应用中，切削速度一般不超过临界切削速度的三分之一，这就导致这种传统的超声振动切削无法应用到高速加工领域。

参见图2，如果刀具的振动方向垂直于切削速度方向，称之为超声横向振动，同时，图2中还示出了刀具的运动轨迹。此情况下，切削速度不受刀具振动频率的限制，从而可以使超声振动高速化。但这种加工方法受超声振动以及主轴跳动的影响，会造成已加工表面的粗化，不符合对表面粗糙度的要求。

综上，目前现有超声振动切削技术无法同时满足高速切削和表面粗糙度的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种能够同时满足高速切削和表面粗糙度要求的高速分离超声振动切削控制方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种高速分离超声振动切削控制方法，采用包含闭环DDS的超声振动切削装置，控制刀具在切削过程中做包含垂直于切削速度方向振动的振动，同时通过控制沿切削方向相邻两转刀具运动轨迹的相位差，使相邻两转刀具运动轨迹中因垂直于切削速度方向的振动而产生的凹坑错位重叠。

根据本发明，超声振动切削装置包括超声振动系统、旋转编码器、主轴、刀具，超声振动系统包括超声信号发生器、功率放大器、超声换能器，旋转编码器实时测量主轴的当前旋转频率，旋转编码器的输出信号作为超声信号发生器的基准时钟信号，超声信号发生器的输出信号经功率放大器放大后送至超声换能器，超声换能器将输入的电信号转换成机械振动，激励刀具产生垂直于切削方向的横向超声振动，超声信号发生器为DDS。

根据本发明，通过控制超声换能器的振动频率和主轴旋转频率的比值来控制相位差。

根据本发明，根据如下公式中的部分公式或全部公式来确定超声换能器的振动频率和振幅、以及主轴旋转频率：

其中，M为超声换能器的振动频率与主轴旋转频率的比值，F为超声换能器的振动频率，F_z为主轴旋转频率，C为整数值，R为小数值；

θ＝2π×R

其中，θ为相位差，采用弧度制表示，R为小数值；