[发明专利]一种基于超声加工机床的自动扫频装置及扫频方法

说明书

技术领域

本发明涉及加工机床扫频技术领域，具体涉及一种基于超声加工机床的自动扫频装置及扫频方法。

背景技术

在旋转超声加工机床中，经常需要更换不同的刀柄或工具头，工具头的长度和形状以及刀柄都会对振子的机械谐振频率有影响，因此，需要机床能通过扫频的方式在较宽的频率范围内快速自动找到更换工具头后新的谐振频率。通过对旋转超声加工机床进行开机扫频，就能有效快速的找到更换工具头或刀柄后新的谐振频率，从而避免超声加工机床因更换工具头或刀柄而导致谐振频率改变，从而损坏整个系统的现象。该发明是针对超声加工机床中，经常需要更换不同的工具头或刀柄，而造成对振子的机械谐振频率改变的现象，引进一种基于超声加工机床的自动扫频方法，当电源启动时，采用变频率步长的方法对超声加工机床进行开机扫频，从而有效快速的找到更换工具头或刀柄后新的谐振频率，加快频率的搜索速度，提高超声电源系统的实用性。

目前基于超声加工机床的超声电源系统在使用时，例如中国专利CN200710134516公开了一种“超声波电源中频率跟踪电路结构”，该超声波电源的频率跟踪是采用分频电路，工作在谐振频率时，换能器回路的电压和电流处于同相状态，从而达到频率自动跟踪的目的，而该频率跟踪只针对超声波电源在工作过程中的。另外，中国专利CN201320025133公开了一种“强制微抖动扫频跟踪式超声波电源”，该专利中所述的扫频也是针对在超声加工中负载的快速剧烈变化的工作过程中的。

目前，在超声加工中，经常会遇到需要更换工具头或刀柄的情况，而工具头或刀柄的不同会导致换能器谐振频率的差异，若频率跟踪只针对超声加工过程中扫频，会导致该系统的谐振频率不准确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于超声加工机床的自动扫频装置及扫频方法，该基于超声加工机床的自动扫频装置通过对超声换能器的谐振频率进行开机扫频，从而解决了在超声加工中，因为更换不同的工具头和刀柄而造成换能器谐振频率变化的问题。通过对超声换能器的谐振频率进行开机扫频，提高了该系统频率跟踪的精准度和超声电源系统的实用性。

为实现上述方案，本发明提供了一种基于超声加工机床的自动扫频装置，包括超声波电源、功率放大电路、换能器、电流采样电路、调理电路和工具头，所述超声波电源的信号输出端与功率放大电路的信号输入端连接，所述功率放大电路的信号输出端与换能器的信号输入端连接，所述换能器的信号输出端A口与工具头连接，所述换能器的信号输出端B口与电流采样电路的信号输入端连接，所述电流采样电路的信号输出端与调理电路的信号输入端连接，所述调理电路的信号输出端连接到超声波电源的信号输入端。

在上述技术方案中，所述功率放大电路对超声波电信号进行功率放大后传输到换能器，所述换能器通过连接工具头进行超声加工。

在上述技术方案中，所述电流采样电路采集换能器的电流值，经过所述调理电路后反馈到超声波电源上。

本发明的工作原理是：超声波电源启动后，通过功率放大电路对超声波电信号进行功率放大传输到换能器，换能器通过连接工具头进行超声加工；接着，通过电流采样电路采集换能器的电流值，经过调理电路后反馈到超声波电源上；当工具头或刀柄改变时，通过对换能器进行电流采样和调理，即通过开机扫频，匹配到更换工具头或刀柄后新的谐振频率，从而实现在超声加工过程中的开机扫频。

一种基于超声加工机床的自动扫频方法，包括如下步骤：

a．开启电源，系统初始化；

b．设定超声波电源的扫频范围（f₁-f₂）和初始扫频步长∆f₁，控制系统延时一段的时间待电源输入电压稳定后，启动功率调整电路使换能器的输出电压稳定在最低的电压V_d；

c．开启扫频模式，扫频信号经过功率放大电路放大后，从低频点f₁以初始扫频步长∆f₁开始扫频，通过电流采样电路采集换能器的电流值，判断当前电流I_c是否为最大值，当采样电流超过参考电流I_ref1时，减少扫频步长，增加参考电流的值；

d.比较当前电流与前一时刻的电流I_b，若连续3个时刻的当前电流小于前一时刻的电流，结束扫频；

e．结束扫频后，判断最大电流值是否大于设定的电流阀值I_ref2，若满足则获得该电流值对应的频率值即为谐振频率，否则认为扫频失败。