Система керування ультразвуковим перетворювачем пристрою для ультразвукової віброударної обробки металів

Система керування ультразвуковим перетворювачем пристрою для ультразвукової віброударної обробки, що містить послідовно з'єднані блок керування частотою ультразвукового генератора C2 2 72708 1 3 72708 4 раз. Таку ультразвукову обробку найбільш ефекго зв'язку, ввімкнений послідовно із вторинною тивно ведуть інструментами, що передають енеробмоткою вихідного трансформатора і з п'єзоелекгію ультразвукових перетворювачів через ударні тричним перетворювачем, останній трансформаелементи поверхні деталі, що оброблюється, при тор має вторинну обмотку, через яку тече струм цьому ударні елементи не мають жорсткого зв'язку пропорційний струму через п'єзоперетворювач, з торцем ультразвукового перетворювача. Ефекфазовий компаратор з двома входами, які ввімкнутивність такої операційної ультразвукової обробки ті відповідно до виходу генератора, що керується в значній мірі залежить від джерела живлення напругою, і до вторинної обмотки трансформатор ультразвукового перетворювача, тому вибір метозворотного зв'язку і виходом з'єднаним через да його збудження і керування режимом роботи фільтр нижніх частот до входу генератора, що при зміні технологічного навантаження є актуалькерується напругою при цьому вторинна обмотка ним. трансформатора зворотного зв'язку має конденсаВідомий пристрій для керування частотою тор, а резонансна частота ланки, що включає конультразвукового перетворювача [патент ФРН денсатор, лежить в області резонансної частот №3625149, В06В1/06, 1988], що складається із п'єзоперетворювача. генератора, керованого фазовим регулятором, У відомому пристрої при роботі ультразвукововихідного каскаду для підсилення і передачі го п'єзоперетворювача на ударні елементи його трансформатором імпульсів на перетворювач, при добротність може мінятися від максимальної (хоцьому відповідний синхронізуючий сигнал на фалостий хід при відсутності контакту п'єзоперетвозовий регулятор заводиться із обмотки трансфоррювача з ударним елементами) до мінімальної матора, на перетворювачі додатково для захвату (п'єзоперетворювач через ударні елементи максийого резонансної частоти примусово змінюють мально притиснутий до металевої поверхні), також частоту генератора, а після захвату фазовим резміниться і резонансна частота. При такому розкигулятором резонансної частоти зміну блокують, ді добротності п'єзоперетворювача і його резонанфазовий регулятор також має ланку зсуву фази, сної частоти, а також змін із-за впливу дестабілікут зсуву якої встановлюється так, що при захваті зуючих факторів наприклад температури, може фазовим регулятором зберігається ємнісний фапройти вихід резонансної частоти перетворювача зовий кут між струмом і напругою на перетворюза межі захвату системи фазової підстройки часвачі. тоти (ФАПЧ), яку для підвищення точності звужуУ відомому пристрої при зміні навантаження ють. Тобто пройде зрив коливань ультразвукового на ультразвуковий перетворювач змінюється його перетворювача при зміні сили його притиску або добротність і резонансна частота, яка може вийти різкої зміни резонансної частоти - наприклад при за межі зміни частоти генератора, що приведе до зміні фізичних характеристик якої-небудь ділянки зриву автоколивань. Розширення ж діапазону зміметалевої поверхні, що оброблюється. Розширенни частоти генератора для захвату резонансної ня меж захвату ФАПЧ знизить точність настройки частоти перетворювача приведе до зниження сена резонанс і відповідно - середні амплітуду колиредньої амплітуди коливань нижче максимальної, вань п'єзоперетворювача, що приведе до зміни що знизить ефективність обладнання. амплітуди коливань ударних елементів. Відомий пристрій для збудження ультразвукоВ основу корисної моделі поставлено завданвих перетворювачів з автоматичною слідкувальня вдосконалення системи керування ультразвуною системою і девіацією частоти [патент США ковим перетворювачем пристрої для ультразвуко№4554477, МПК H01L41/08, 1985], що містить гевої віброударної обробки, в якому безперервне нератор і слідкувальну систему, що вимірює струм підтримання резонансних коливань ультразвукочерез перетворювачі і змінює частоту генератора вого перетворювача при перехідних процесах і таким чином, щоб підтримувати стр ум через переширокому діапазоні зміни дестабілізуючих фактотворювачі на максимальному рівні. Пристрій колирів (за рахунок температури, старіння активних вання частоти (девіації) працює незалежно від елементів, значної зміни механічного навантаженслідкувальної системи і циклічно змінює частоту ня на ультразвуковий перетворювач) буде здійсгенератора між верхньою і нижньою межами, що нюватися генератором по схемі з незалежним визначається слідкувальною системою. збудженням або самозбудженням в залежності від Недоліком відомого пристрою є зниження сеоптимальності методу, що підвищить стійкість наредньої амплітуди коливань кожного із ультразвустройки і надійність пристрою при експлуатації. кових перетворювачів і їх к.к.д. із-за збудження на Для вирішення поставленого завдання в сисчастотах близьких до резонансної. Максимальне темі керування ультразвуковим перетворювачем зближення частоти генератора і конкретного перепристрою для ультразвукової віброударної обробтворювача (зменшення девіації частоти) при вплики, що містить послідовно з'єднані блок керування ві дестабілізуючих факторів (температура, зміна частотою ультразвукового генератора (БКЧУГ) з технологічного навантаження і т.п.) можуть привепристроєм запуску, підсилювач потужності з вихідсти до зриву автоколивань. ним трансформатором, трансформатор зворотноНайбільш близьким до запропонованого за суго зв'язку (стр умовий трансформатор), ввімкнений купністю ознак і технічним результатом є керуюча послідовно із вторинною обмоткою вихідного система для ультразвукового п'єзоелектричного трансформатора і зв'язаний своєю вторинною обперетворювача [патент США №4271371, МПК моткою із БКЧУГ, п'єзоелектричний перетворювач H01L41/08, 1981], що містить генератор, який кез ударними елементами, при цьому вторинна обрується напругою, підсилювач потужності з вихідмотка струмового трансформатора має резонансним трансформатором, трансформатор зворотноний контур, резонансна частота якого лежить в 5 72708 6 області резонансної частоти п'єзоелектричного датчика притиску А ударних елементів 5 (вмонтоперетворювача, згідно корисної моделі додатково ваний в пристрій для ультразвукової віброударної введені послідовно з'єднані формувач і замикальобробки). Ударні елементи 5 у вигляді циліндричний ключ, а також - генератор і розмикальний них стрижнів розміщені між металевою поверхнею ключ, виходи ключів приєднані до входу БКЧУГ, а 6, матеріалу що обробляється, і вихідним торцем вторинна обмотка струмового трансформатора концентратора п'єзокерамічного перетворювача 7. увімкнута до входу формувача і через додатково БКЧУГ 1 приєднаний до підсилювача потужності 8 введений пороговий пристрій до керуючого входу з вихідним трансформатором 9. Вторинна обмотка замикального ключа, який з'єднаний через додатвихідного трансформатора 9 приєднана через пеково введений інвертор із керуючим входом розрвинну обмотку трансформатора зворотного зв'язмикального ключа, причому добротність резонанску (стр умового трансформатора) 10 і індуктивність ного контуру вибрана меншою добротності узгодження 11 до перетворювача 7. Первинна обненавантаженого п'єзоелектричного перетворювамотка струмового трансформатора 10, компенсуча, але більшою ніж його добротність при максиюча ємність 12 створюють схему виділення зворомальному робочому навантаженні на ударні елетного зв'язку з диференціальним менти, а пристрій запуску БКЧУГ виконаний у трансформатором струму. Вторинна обмотка вигляді паралельно ввімкнутих ключів р учного струмового трансформатора 10 через резонансзапуску і датчика притиску ударних елементів. ний контур 13, що складається із послідовно з'єдВикористання генератора з незалежним збунаних конденсатора 14 і індуктивності 15, увімкнудженням в системі керування ультразвуковим пета до входів формувача 16 і порогового пристрою ретворювачем пристрою для ультразвукової удар17, до· виходів яких приєднані відповідно вхід і ної обробки в моменти його включення, дотику керуючий вхід замикаючого ключа 18. Вихід пороударних елементів до металевої поверхні або їх гового пристрою 17 також з'єднаний через інверневеликого притиску забезпечує надійні механічні тор 19 із керуючим входом розмикального ключа коливання високодобротного перетворювача біля 20, до входу якого приєднаний генератор 21. Вийого основної резонансної частоти. Після закінходи обох ключів зв'язані із входом БКЧУГ 1. При чення перехідних процесів в електричних і механіцьому генератор 21 має робочу частоту, яка лечних ланках і досягнення струмом відповідного жить в області резонансної частоти п'єзоелектричрівня проходить перехід системи керування на ного перетворювача 7, а добротність резонансного режим із самозбудженням (відключається зовнішконтуру вибрана меншою добротності ненавантаній генератор і замикається контур зворотного женого п'єзоелектричного перетворювача (його зв'язку). В ході технологічного процесу віброудархолостий хід), але більшою ніж його добротність ної обробки резонансна частота п'єзокерамічного при максимальному робочому навантаженні на ультразвукового перетворювача зазнає значних ударні елементи (максимальний притиск перетвозмін із-за різних дестабілізуючих факторів, таких як рювача 7 силою Ρ через ударні елементи до повепідвищення температури і зміна акустичного опору рхні 6). технологічного навантаження, але робота системи Працює система керування ультразвуковим в режимі самозбудження забезпечить простим перетворювачем пристрою для ультразвукової способом максимальне зближення робочої частовіброударної обробки наступним чином. Вмикаєтьти генератора з резонансною частотою акустичної ся напруга живлення Еж системи. Пристроєм засистеми (ультразвукового перетворювача). У випуску 2 (ключем 3 або 4) проводиться вмикання падку перевантаження перетворювача (сильний БКЧУГ 1. Електричні коливання генератора 21 його притиск під час роботи через ударники до через розмикальний ключ 20 задають БКЧУГ 1 металевої поверхні), регулювання амплітуди, його робочу частоту, що знаходиться в області резонадобротність і сигнал в контурі зворотного зв'язку нсної частоти перетворювача 7. Вихідні коливання сильно впадуть, в часто тному спектрі цього сигнаБКЧУГ 1 підсилюються підсилювачем потужності 8 лу з'явиться ряд паразитних частот, що уможлиі через вихідний трансформатор 9, індуктивність вить зрив резонансних автоколивань в замкнутій узгодження 11, струмовий трансформатор 10 посистемі. Для запобігання цьому при зниженні даються на п'єзокерамічний перетворювач 7 збуструму в ультразвуковому перетворювачі до зададжуючи в ньому резонансні поздовжні коливання ного рівня система переходить знову в режим геамплітудою А. Останні через вихідний торець пенератора із зовнішнім збудженням, забезпечуючи ретворювача 7 передаються при допомозі ударної механічні коливання ультразвукового перетворювзаємодії ударним елементам 5, які в свою чергу вача в області резонансної частоти незалежно від деформують металеву поверхню 6, передаючи їй сигналів зворотного зв'язку. Таким чином адаптасвою енергію. При цьому через опір механічної ція системи управління до впливу дестабілізуючих гілки перетворювача 7 і первинну обмотку струмофакторів забезпечує стійкі коливання ультразвувого трансформатора почне протікати струм, прокового перетворювача при його експлуатації в порційний амплітуді коливань перетворювача 7, складі пристрою для віброударної обробки. який трансформується у вторинну обмотку струСутність корисної моделі пояснюється рисунмового трансформатора 10. В якості сигналу звоком, де зображено систему керування ультразвуротного зв'язку, що відповідає резонансній частоті ковим перетворювачем пристрою для ультразвуперетворювача 7, він через резонансний контур 13 кової ударної обробки. Вона включає БКЧУГ 1, з достатньою смугою пропускання (його добротпристрій запуску 2, що складається із двох параність менша добротності п'єзоперетворювача 7 в лельно ввімкнених ключів: р учного запуску 3 (розненавантаженому режимі) попадає на входи форміщений на передній панелі системи керування) і мувача 16 і порогового пристрою 17. Коли струм 7 72708 8 через перетворювач 7 і, відповідно, сигнал звороТаким чином, запропонована система підтритного зв'язку досягають рівня заданого в порогомує коливання ультразвукового перетворювача на вому пристрої 17, останній спрацьовує і сигнал з резонансні при значних впливах дестабілізуючих його виходу подається на керуючий вхід замикафакторів, технологічного навантаження, автомального ключа 18, що приводить до спрацювання тично змінюючи режими своєї роботи в залежності останнього, одночасно цей сигнал через інвертор від величини цих факторів і навантаження. Це під19 попадає на керуючий вхід розмикального ключа вищує стійкість настроювання системи на резо20, що викличе відключення виходу генератора 21 нанс перетворювача, надійність настроювання і від входу БКЧУГ 1. Сигнал з виходу формувача 16 експлуатації. Одночасний ріст середньої амплітучерез замкнутий ключ 18 попадає на вхід БКЧУГ 1 ди механічних коливань перетворювача підвищує і система починає працювати в режимі самозбуефективність пристрою ударної обробки. дження (автогенератора) , відслідковуючи резонаНаприклад, була виготовлена і випробувана нсну частоту перетворювача 7, яка буде змінювазапропонована система керування ультразвукотися в процесі технологічного процесу обробки. вим перетворювачем для ультразвукового інструПри зміні технологічного навантаження під час менту для деформаційного зміцнення і релаксароботи перетворювач 7 може перейти в переванційної обробки металів. Датчик притиску тажений стан із значним спадом добротності. При конструктивно було розміщено в самому інструмецьому у сигналі зворотного зв'язку з'явиться ряд нті. Він представляв ключ, що замикався, коли паразитних гармонік, на яких може початися самосила притиску ударних елементів, визначена змізбудження системи. Але вибір добротності резощенням перетворювача і стиском пружини, досянансного контуру більшою ніж добротність максигала заданого мінімального рівня. При робочій мально навантаженого перетворювача 7 і його частоті ультразвукового перетворювача 22кГц і резонансна частота в області основного резонансу його амплітуді коливання до 20мкм споживалася перетворювача не дозволять перескочити системі потужність максимум 250Вт. Притиск мінявся від на паразитні резонанси. Якщо в ході цього процесу мінімального, що задавався датчиком (приблизно сила притиску Ρ збільшиться до такої величини, 8Н), до максимального (80Н). При цьому технолощо внесений опір в коливальний контур акустичної гічний процес деформаційної обробки ударними системи - перетворювача 7 зменшить струм нижче елементами не переривався, тобто зривів механірівня, заданого в пороговому пристрої 17, то чних коливань ультразвукового перетворювача не останній зніме сигнал із керуючого входу замикабуло. Також безперервний процес обробки, коли льного ключа 18, який після цього відключить сигнаступив максимальний нагрів усі х елементів іннал зворотного зв'язку з ви ходу формувача 16 від струменту, системи керування і багатоденний тевходу БКЧУГ 1, що припинить роботу системи в рмін експлуатації при різних температурах показарежимі самозбудження. Одночасно через інвертор ли надійне збудження ультразвукових коливань в 19 зніметься сигнал із керуючого входу розмикаперетворювачі і відповідно - віброударних в сисльного ключа 20, останній з'єднує вихід генератотемі перетворювач - ударні елементи - металева ра 21 із входом БКЧУГ 1 і на п'єзокерамічний переповерхня. При налагоджуванні і контролі інструметворювач 7 будуть продовжувати подаватися нту використовувалася кнопка на панелі управлінелектричні коливання і в ньому будуть продовжуня, що дозволило проводити регулювання і виміватися збуджуватися механічні коливання. Якщо рювання амплітуди коливань п'єзокерамічного сила притиску Ρ зменшиться, добротність п'єзокеперетворювача при холостому ходу перетворюварамічного перетворювача зросте, струм в ньому ча (без притиску до ударних елементів і металевої також до відповідного рівня, то система знову пеповерхні). При цьому система керування також реходить в режим самозбудження, забезпечуючи підтримувала стійкі резонансні коливання п'єзокевисоку стійкість в роботі. рамічного перетворювача. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 72708 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601