[发明专利]超声振动辅助切削反馈信号检测与补偿装置及方法、应用

说明书

本发明公开了超声振动辅助切削反馈信号检测与补偿装置及方法、应用，所述超声振动辅助切削反馈信号检测与补偿装置包括超声振动切削装置、超声电源、示波器和锁相放大器。本发明所述方法主要利用锁相放大器对加工过程中超声振动信号微弱变化量进行准确测量，同时利用示波器检测超声振动切削装置空载振动信号和负载振动信号，通过这三方面振动信号进行综合分析，一方面，可对超声振动切削中的超声频率、超声振幅变化进行检测和补偿，提高超声稳定性，提高加工效果；另一方面，可通过分析反馈振动信号，对材料切削特性进行研究。

技术领域

本发明涉及信号检测领域，具体涉及超声振动辅助切削反馈信号检测与补偿装置及方法、应用。

背景技术

超声振动辅助切削加工是在传统车削、铣削、磨削等基础上，添加超声振动作用，具有减少刀具磨损、提高加工质量、提高加工效率等优点，作为一种常用的精密加工方法，在难加工材料加工领域获得了广泛的应用。

但超声振动切削装置设计时处在空载状态，加工过程中超声振动切削装置处在负载状态，这使得在实际加工中超声振幅、超声频率与设计的超声振幅、超声频率存在区别，一般情况下由于负载存在，超声振幅、超声频率与设计相比存在衰减，该现象会影响工件加工质量，因此，需要根据负载情况对超声信号进行补偿，而补偿的基础是对该衰减信号进行准确测量。

由于加工对象不同，导致负载千变万化，反馈信号微弱，容易被其它信号淹没，所以，如何对反馈信号准确测量成为亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供超声振动辅助切削反馈信号检测与补偿装置及方法，实现对反馈信号准确测量，进而实现对超声振动切削中的超声频率、超声振幅变化进行检测和补偿。

此外，本发明还提供上述超声振动辅助切削反馈信号检测与补偿装置的应用。

本发明通过下述技术方案实现：

超声振动辅助切削反馈信号检测与补偿装置，包括超声振动切削装置、超声电源、示波器和锁相放大器；

所述超声振动切削装置安装在超精密车床上，用于切削加工工件；

所述超声电源与超声振动切削装置通过线缆连接，用于驱动超声振动切削装置振动，所述超声电源的电压和电流能够调整；

所述示波器与超声电源通过线缆连接，用于测量超声振动切削装置在空载和负载状态时的超声振幅和超声频率；

所述锁相放大器与超声电源通过线缆连接，用于测量超声振动切削装置在负载状态时的其它振动信号。

本发明所述锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频(或者倍频)、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单。锁相放大器将输入待测信号，经放大和带通滤波后与参考信号共同输入混频器得到的结果再通过低通滤波器滤波后输出。主要用于检测信噪比很低的微弱信号。即使有用的信号被淹没在噪声信号里面，即使噪声信号比有用的信号大很多，只要知道有用的信号的频率值，就能准确地测量出这个信号的幅值。

所述示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点(这是传统的模拟示波器的工作原理)。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。