：本發(fā)明涉及一種超聲輔助帶鋸加工裝置，特別是涉及一種金屬帶鋸超聲鋸切加工方法及裝置。技術(shù)背景：金屬帶鋸床作為機(jī)械加工制造的第一道工序所需設(shè)備，其加工精度和自動(dòng)化程度直接關(guān)系到后續(xù)工序的效率和質(zhì)量，但是由于傳統(tǒng)加工方法的技術(shù)局限性，使得當(dāng)鋸切高硬度材料時(shí)切削效率會(huì)大大下降，并且加快金屬帶鋸條磨損，加大電動(dòng)機(jī)的鋸切負(fù)載，同時(shí)也會(huì)增大加工表面的粗糙度。超聲加工技術(shù)是最適合加工硬脆性材料的技術(shù)之一，它是在鋸切加工的基礎(chǔ)上，借助超聲振動(dòng)的方法去除工件上的被加工材料。超聲加工通過由超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲振動(dòng)能量，幫助鋸條克服材料金屬鍵做工，實(shí)現(xiàn)鋸切。同時(shí)也改善鋸切加工的效果，其不但保留了鋸切加工的特性，還可以大幅度提高加工效率，減小切削力，同時(shí)還可以有效的改善工件的表面加工質(zhì)量。因此，研制工件附加超聲振動(dòng)的金屬帶鋸加工方法及裝置對(duì)提高金屬鋸切速度與鋸切表面質(zhì)量有非常重要的意義。目前，在相關(guān)領(lǐng)域并沒有基于金屬帶鋸條聲發(fā)射特性的鋸切負(fù)載檢測裝置，如專利號(hào)CN201320135602.9(授權(quán)公告號(hào)CN203197686U，授權(quán)公告日2013年9月18日)公開了一種用于超聲輔助磨削機(jī)床的磨削刀柄，該超聲加工刀柄，主要包括刀柄和換能器，換能器一端設(shè)置于刀柄內(nèi)部，刀柄外側(cè)設(shè)置有電磁轉(zhuǎn)換裝置，換能器包括變幅桿,壓電陶瓷，壓板預(yù)緊螺母，預(yù)緊螺栓以此連接壓板，壓電陶瓷和變幅桿，變幅桿和刀柄通過刀柄緊固連接。當(dāng)超聲電源產(chǎn)生超聲信號(hào)后首先傳遞到發(fā)射線圈再由電磁感性傳遞到接收線圈。再由接收線圈與換能器電極相連，從而驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生振動(dòng)。由于此時(shí)振幅較小，因此需要經(jīng)由變幅桿對(duì)振幅進(jìn)行放大，最終輸出到加工工具上。此超聲輔助裝置通過對(duì)加工工具施加超聲振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，而在帶鋸床上，由于帶鋸條較長，振動(dòng)控制困難。因此對(duì) 鋸床無法適用。本發(fā)明針對(duì)以上不足，提供了一種將超聲附加在工件上的超聲輔助加工裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有金屬帶鋸加工存在鋸切范圍窄、效率較低和鋸齒易粘屑等不足，提出了一種金屬帶鋸超聲鋸切工藝及裝置；是一種通過給工件附加超聲，從而實(shí)現(xiàn)超聲鋸切的工藝；是一種針對(duì)不同規(guī)格及尺寸工件，設(shè)計(jì)專用超聲受迫振動(dòng)夾具的方法；是一種包含超聲電源，換能器和變幅桿的工件超聲加載裝置；是一種集鋸切負(fù)載和工件振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、分析和診斷的振動(dòng)鋸切效果分析裝置。本發(fā)明的方法包括以下步驟：步驟(1)基于反饋產(chǎn)生超聲電磁脈沖；根據(jù)待加工工件材料特性及工況條件，選擇相應(yīng)頻率調(diào)節(jié)范圍及輸出功率的超聲發(fā)生器和與超聲發(fā)生器相配套的超聲換能器，根據(jù)需要輸出的振動(dòng)的振幅設(shè)計(jì)相應(yīng)參數(shù)的超聲變幅桿，并且得出超聲系統(tǒng)的諧振頻率；將超聲系統(tǒng)的諧振頻率作為超聲發(fā)生器的初始輸出頻率；在鋸床開始工作后，超聲發(fā)生器的輸出頻率受頻率跟蹤電路和工控機(jī)的反饋調(diào)節(jié)；步驟(2)由電磁脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)；超聲發(fā)生器將產(chǎn)生的超聲電信號(hào)通過主電路輸出端傳遞到超聲換能器的發(fā)射線圈再通過電磁感應(yīng)將電信號(hào)傳遞到超聲換能器的接收線圈，超聲換能器的接收線圈與超聲換能器的電極直接相連，從而驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；步驟(3)放大機(jī)械振動(dòng)；超聲電磁脈沖經(jīng)換能器后有電信號(hào)轉(zhuǎn)化成機(jī)械振動(dòng)，由于此時(shí)振動(dòng)的振幅無法滿足輔助鋸切的要求，因此需要將振幅通過變幅桿進(jìn)行放大；變幅桿的設(shè)計(jì)主要利用縱波在細(xì)棒中的傳播特性，對(duì)超聲換能器輸出的振幅進(jìn)行放大，使輸出的振幅達(dá)到輔助鋸切的要求；通過變幅桿獲得實(shí)現(xiàn)輔助鋸切所需的振動(dòng)，再將超聲振動(dòng)通過超聲工具桿輸出到選定的待加工工件上，使待加工工件能夠在超聲裝置作用下做受迫振動(dòng)；步驟(4)振動(dòng)輔助鋸切加工：在工件鋸切過程中，超聲發(fā)生器產(chǎn)生的超聲振動(dòng)能量通過超聲工具桿輸出到工件上，幫助金屬帶鋸條克服待加工材料的金屬鍵從而實(shí)現(xiàn)材料的去除，減 輕帶鋸輪電機(jī)的負(fù)載；當(dāng)超聲裝置輸出端負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，超聲裝置的聲學(xué)性能參數(shù)也將發(fā)生變化，導(dǎo)致諧振頻率的改變，致使振動(dòng)系統(tǒng)失諧；由于變幅桿的振動(dòng)導(dǎo)致與其連接的壓電陶瓷片產(chǎn)生伸縮振動(dòng)，從而使壓電傳感器產(chǎn)生感應(yīng)電壓,這種電壓大小與振幅成正比；因此,檢測電壓值就能確定振動(dòng)幅值的大??；當(dāng)系統(tǒng)諧振時(shí),振幅最大,感應(yīng)電壓也為最大；根據(jù)此規(guī)律可知感應(yīng)電壓最大值所對(duì)應(yīng)的的頻率即為系統(tǒng)的諧振頻率,通過搜尋感應(yīng)電壓最大值就能實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤；為了使超聲系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)，超聲發(fā)生器通過搜索壓電陶瓷兩端的最大電壓并得出最大電壓所對(duì)應(yīng)的頻率，并將該頻率作為超聲發(fā)生器的輸出頻率，使振動(dòng)系統(tǒng)重新回到諧振狀態(tài)；由于超聲發(fā)生器的頻率跟蹤系統(tǒng)的頻率可搜索范圍有限；當(dāng)超聲系統(tǒng)諧振頻率變化導(dǎo)致由振動(dòng)所產(chǎn)生的壓電陶瓷兩端的電壓超過頻率跟蹤系統(tǒng)所能檢測的最大范圍時(shí)，則需通過電渦流傳感器采集振動(dòng)并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，再由工控機(jī)通過對(duì)采集回的工件振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，求出當(dāng)前工件的振動(dòng)頻率，并取該頻率值所在的鄰域內(nèi)的頻率數(shù)值反饋到超聲發(fā)生器，由超聲發(fā)生器對(duì)換能器實(shí)現(xiàn)輸出；通過搜索，工控機(jī)得到最大振幅時(shí)所對(duì)應(yīng)的超聲頻率，即為諧振頻率；并將此諧振頻率通過工控機(jī)對(duì)超聲發(fā)生器進(jìn)行反饋控制輸出。所述的超聲發(fā)生器的選用主要考慮超聲發(fā)生器的輸出功率以及頻率調(diào)節(jié)范圍，并要求能在換能器工作諧振頻率發(fā)生漂移時(shí)，基于發(fā)生器的頻率跟蹤特性，頻率跟蹤電路將通過檢測壓電陶瓷兩端電壓并通過反饋實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)改變超聲發(fā)生器輸出的頻率，使換能器重新達(dá)到諧振狀態(tài)。所述的超聲工具桿,按照加工工件尺寸和形狀的不同設(shè)計(jì)不同規(guī)格的工具桿。搭建超聲振動(dòng)系統(tǒng)在當(dāng)下已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。一種金屬帶鋸超聲鋸切加工裝置，包括超聲發(fā)生器、超聲換能器、超聲變幅桿、超聲機(jī)構(gòu)支座、超聲工具桿、工件、鋸床底座、電渦流傳感器和鋸床機(jī)身；所述的超聲發(fā)生器頻率輸出接口與超聲換能器線圈輸入端相連接，超聲換能器通過雙頭螺釘與超聲變幅桿的大端面固定連接，超聲變幅桿的小端面通過雙頭螺釘與超聲工具桿的固定端固定連接，超聲工具桿的夾持端用來夾持工件，超聲變幅桿通過超聲機(jī)構(gòu)支座設(shè)置在鋸床底座上，電渦流傳感器通過支架固定 在鋸床機(jī)身上，電渦流傳感器接收端面正對(duì)工件側(cè)面垂直于工件震動(dòng)方向；所述的超聲換能器、超聲變幅桿、超聲機(jī)構(gòu)支座、超聲工具桿和電渦流傳感器同軸設(shè)置，電渦流傳感器的信號(hào)輸出端接工控機(jī)，工控機(jī)與超聲發(fā)生器相連接。本發(fā)明主要適用于金屬帶鋸輔助鋸切，主要利用超聲的振動(dòng)特性，通過對(duì)傳統(tǒng)帶鋸床添加高頻振動(dòng)裝置，減輕帶鋸輪電機(jī)的鋸切負(fù)載，增大鋸齒的鋸切長度。使得鋸切的效率和鋸切工件的表面質(zhì)量大大提高，同時(shí)也延長了帶鋸的使用壽命。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)機(jī)床的兼容性好，能適應(yīng)各種規(guī)格的工件，且制作成本較低，效果明顯。發(fā)生器輸出頻率能隨負(fù)載變化而跟蹤變化，保證振幅始終最大。超聲振動(dòng)的添加也使得工件產(chǎn)生了平行于鋸切方向的振動(dòng)，增大了鋸齒的鋸切長度，使得鋸切的效率和鋸切工件的表面質(zhì)量大大提高。附圖說明：圖1所示為工件附加超聲振動(dòng)的金屬帶鋸加工的實(shí)現(xiàn)裝置；圖2為工件附加超聲振動(dòng)的金屬帶鋸加工流程。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種工件附加超聲振動(dòng)的金屬帶鋸加工的裝置，包括超聲發(fā)生器1、超聲換能器2、超聲變幅桿3、超聲機(jī)構(gòu)支座4、超聲工具桿5、工件6、鋸床底座7、電渦流傳感器8和鋸床機(jī)身9。所述的超聲發(fā)生器1頻率輸出接口與超聲換能器2線圈輸入端相連接，超聲換能器2通過雙頭螺釘與超聲變幅桿3的大端面固定連接，超聲變幅桿3的小端面通過雙頭螺釘與超聲工具桿5的固定端固定連接，超聲工具桿5的夾持端用來夾持工件6，超聲變幅桿3通過超聲機(jī)構(gòu)支座4設(shè)置在鋸床底座7上，電渦流傳感器8通過支架固定在鋸床機(jī)身9上，電渦流傳感器接收端面正對(duì)工件側(cè)面垂直于工件震動(dòng)方向；所述的超聲換能器2、超聲變幅桿3、超聲機(jī)構(gòu)支座4、超聲工具桿5和電渦流傳感器8同軸設(shè)置，電渦流傳感器8的信號(hào)輸出端接工控機(jī)，工控機(jī)與超聲發(fā)生器相連接。超聲換能器在高頻電信號(hào)的激勵(lì)下，通過壓電效應(yīng)產(chǎn)生高頻振動(dòng)。所述的超聲換能器2通過雙頭螺釘與所述超聲變幅桿3相連接，超聲變幅桿3主要通過形狀參數(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的位移或者速度變大，并將超聲能量集中在較小的面積上。所述超聲變幅桿3又通過雙頭螺釘與超聲工具桿5連接， 所述的超聲工具桿5針對(duì)各種形狀和尺寸的工件進(jìn)行特定的設(shè)計(jì)，且拆裝方便，是一種能夠?qū)Ω鞣N形狀的工件實(shí)現(xiàn)受迫振動(dòng)的夾具。所述超聲變幅桿3又通過特定配合與超聲機(jī)構(gòu)支座4連接。所述電渦流傳感器8安裝于工件側(cè)面，通過數(shù)據(jù)采集卡將工件振動(dòng)位移數(shù)據(jù)傳回工控機(jī)。如圖2所示，具體說明該裝置的工作步驟：1)超聲發(fā)生器中頻率發(fā)生模塊按設(shè)定頻率產(chǎn)生超聲(一般為16-40KHZ)，經(jīng)過功率放大模塊后，輸出到超聲換能器2的接入線圈。2)所述超聲換能器2的輸出端與超聲變幅桿3相連接。換能器2通過逆壓電效應(yīng)使其產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)波通過輸入和輸出部分的機(jī)械耦合到輸出部分,輸出部分再通過正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷,實(shí)現(xiàn)壓電體的電能-機(jī)械能-電能的兩次變換,在壓電變壓器的諧振頻率下獲得最高輸出電壓。所述超聲變幅桿3與所述超聲工具桿5連接。超聲工具桿5將振動(dòng)直接輸出到工件6上。3)當(dāng)換能器工作時(shí),由于壓電陶瓷片的伸縮振動(dòng)會(huì)使壓電傳感器產(chǎn)生電荷,形成感應(yīng)電壓,這種電壓大小與振動(dòng)強(qiáng)弱成正比。因此,通過檢測電壓值就能知道振動(dòng)幅值的大小。當(dāng)系統(tǒng)諧振時(shí),振幅最大,感應(yīng)電壓也為最大。根據(jù)此規(guī)律可知感應(yīng)電壓最大值所對(duì)應(yīng)的的頻率即為系統(tǒng)的諧振頻率,通過搜尋感應(yīng)電壓最大值就能實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤。4)由于超聲發(fā)生器對(duì)壓電陶瓷片的電壓監(jiān)測范圍有限，當(dāng)振幅變動(dòng)超過一定范圍則其電壓值無法被檢測到，此時(shí)安裝于工件一側(cè)的電渦流傳感器8，對(duì)工件的振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，并將采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸回工控機(jī)，再由工控機(jī)通過控制算法并對(duì)超聲電源進(jìn)行反饋控制。