實(shí)驗(yàn)名稱：基于超聲橢圓振動(dòng)切削裝置的穩(wěn)定性控制方法

測(cè)試目的：作為一種特種加工技術(shù)，超聲橢圓振動(dòng)切削的工作狀態(tài)要比常規(guī)切削更加復(fù)雜，切削效果還受到切削裝置的多項(xiàng)振動(dòng)參數(shù)影響，所以要想實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲橢圓振動(dòng)切削狀態(tài)的穩(wěn)定性控制，不能單一地對(duì)某項(xiàng)參數(shù)如振動(dòng)頻率、輸出位移進(jìn)行控制，必須同時(shí)考慮這些參數(shù)的穩(wěn)定。于是根據(jù)研究成果，將這幾項(xiàng)方法結(jié)合到一起后，設(shè)計(jì)了超聲橢圓振動(dòng)切削的狀態(tài)穩(wěn)定性控制方法。

測(cè)試設(shè)備：電壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、超聲振動(dòng)切削裝置等。

圖1：超聲橢圓振動(dòng)切削狀態(tài)穩(wěn)定性控制過程示意圖

實(shí)驗(yàn)過程：

搭建穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，在完成了穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)后，還需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試才能進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)階段，一方面保證建立的控制系統(tǒng)可以很好的實(shí)現(xiàn)控制方法，另一方面可以對(duì)控制系統(tǒng)中的一些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支撐。

仿真測(cè)試：

圖2：仿真測(cè)試橢圓振動(dòng)切削裝置輸出波形

以虛擬的橢圓振動(dòng)切削裝置的共振頻率為20kHz，位移振幅為3μm作為調(diào)整目標(biāo)進(jìn)行仿真分析，在控制過程中通過利用NIUSB-6361多功能I/0設(shè)備上運(yùn)行的波形圖表程序?qū)ρb置的電壓、電流以及估計(jì)振幅進(jìn)行采集并顯示，采樣率為200kHz，與實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的采樣率相當(dāng)。

該仿真模擬首先給予超聲橢圓振動(dòng)切削裝置一個(gè)初始激勵(lì)電壓，使其在空載狀態(tài)時(shí)處于諧振狀態(tài)，然后在運(yùn)行過程中通過手動(dòng)增減變量的方式對(duì)超聲橢圓振動(dòng)裝置當(dāng)前的位移施加一個(gè)突變，即模擬切削過程中切削載荷等因素對(duì)振幅的影響，通過觀察波形圖表上的波形曲線來評(píng)估控制系統(tǒng)的有效性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

如圖2所示，是本次仿真中虛擬的橢圓振動(dòng)切削裝置輸出的信號(hào)，分別代表了仿真過程中頻率的變化和振幅的變化。在圖中1處，是裝置啟動(dòng)后初次達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即模擬的空載時(shí)裝置的啟動(dòng)；圖中2處（2.5ms時(shí)刻）和3處（5.0ms時(shí)刻）分別施加了一個(gè)擾動(dòng)，使裝置的工作頻偏離了共振頻率，同時(shí)裝置的振幅也下降了，但是在穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的調(diào)整下又迅速穩(wěn)定到了目標(biāo)狀態(tài)。其中，對(duì)于頻率的變化曲線，頻率初次穩(wěn)定用時(shí)0.4ms左右，后續(xù)施加100Hz的大跳變也在0.3ms左右后即達(dá)到穩(wěn)定；對(duì)于振幅的變化曲線，振幅初次穩(wěn)定用時(shí)1ms左右，后續(xù)施加0.5μm的大跳變也在0.5ms左右后即達(dá)到穩(wěn)定。

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審核編輯 黃宇