旋转超声加工中的频率跟踪技术研究.pdf

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1、2013年11月机床与液压NOV．2013第41卷第21期MACHINET0OL&HYDRAULICSV01．41No．21DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．21．002旋转超声加工中的频率跟踪技术研究姚震，郭钟宁，张永俊，张伟涛(广东工业大学，广东广州510006)摘要：针对旋转超声加工的特点，设计旋转超声电源的匹配电路，分析换能器的阻抗特性和频率特性。提出利用最大电流法进行扫频、利用锁相环技术进行频率跟踪的方法和动态调整匹配电感和驱动频率的控制策略。并通过实验验证提出的频率跟踪方法可行有效，能消除温度、负载变化对换能器谐振工作的影响。关键词：旋

2、转超声加工；频率跟踪；感应供电；动态匹配中图分类号：TM402文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)21—005—3ResearchonFrequencyTrackinginRotaryUltrasonicMachiningYAOZhen，GUOZhongning，ZHANGYongjun，ZHANGWeitao(GuangdongUniversityofTechnology，GuangzhouGuangdong510006，China)Abstract：Accordingtothecharacteristicsofrotaryultrasonicmachining

3、，rotaryultrasonicpowermatchingcircuitwasdesigned．ThefrequencytrackingmethodwaspresentedthatPLLWaSutilizedonfinefrequencytrackingandmaximumcurrentmethodonfrequen—cyscanning．Acontrolstrategyoffrequencytrackingbasedonadjustingmatchinginductanceanddrivingfrequencywasdescribed．Theexperimentalresult

4、sverifytheproposedcompoundfrequencytrackingmethodisfeasibleandefective．ItCallbeusedtoeliminatetheefectsoftemperature，loadchangesonthetransducerresonance．Keywords：Rotaryultrasonicmachining；Frequencytracking；Inductivepowertransfer；Adaptivematching旋转超声加工是特种加工中的一种，采用固结磨1换能器的工作原理粒的工具对加工工件进行高频断续加工，是

5、超声加工换能器频率跟踪的实质就是在外界条件改变的情和切、磨削加工的复合加工方式，比传统超声加工和况下，保证换能器始终工作在谐振状态。影响换能器切磨削加工更有优势。旋转超声加工适用于各种硬脆谐振工作的因素分为内因和外因，内部因素是换能器材料，具有切削力小、工具头损坏少等优点。在超声的内部参数(如动态电阻和动态电容)值的变化，加工过程中，随着时间增加，换能器温度会发生变外部因素是外界温度、负载大小的变化等。当换能器化，其动态参数也会发生改变，如果不适当调整匹配发生频率漂移时，只有同时改变驱动频率和匹配电参数，就不能保证振动系统工作在谐振状态，振幅减感，才能使换能器的串联支路和匹配回路都

6、重新谐振小或者压电转换效率降低。因此，频率跟踪是保证振于新的串联谐振频率。通常的频率跟踪只调节频率或动系统正常工作不可缺少的环节。只改变匹配电感，这样整个系统虽然恢复谐振，但串国内外对频率跟踪的研究较多，常用的电跟踪方联支路却不谐振。法有锁相法、最大电流法和最小电压法等。鲍善惠提1．1换能器的阻抗特性出了用锁相环频率跟踪方法来解决频率漂移与锁定问根据换能器等效电路的分析，换能器的等效电题，俄罗斯的VladimirNKhmelev等介绍了利用步参数有静态电容、动态电感、动态电容c和包进电机改变气隙调整匹配电感的方法。朱武等人提含负载和损耗在内的等效电阻R。当换能器工作在出用数字电感来

7、实现动态匹配，但仅考虑与换能器串联支路谐振频率()时，动态电感和动态电容抵夹持电容的匹配，没有考虑频率漂移的问题。文中通消，可等效为静态电容和等效电阻R并联。为了抵过分析换能器的等效电路，提出在旋转超声加工应用消静态电容的电抗，提高电源的功率因数，常用的方中，跟踪谐振频率和动态调整电感的控制方式，制定法有串联电感匹配法、并联电感匹配法。以31kHz相应的控制策略，最后通过实验验证该方法的可行的换能器为例，换能器的阻抗图如图1所示。其中：性。=31468Hz，=3221