CN109396540B - 容腔动态增压的激振拉削装置及其激振参数调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了容腔动态增压的激振拉削装置及其激振参数调整方法。现有激振拉削装置不具有参数调整能力，或参数调整不及时。本发明容腔动态增压的激振拉削装置，包括拉削主液压缸、拉刀、机架、电液驱动部分和信号反馈部分。电液驱动部分包括激振油源、单出杆激振缸、第一伺服阀、第二伺服阀、第一油压调节组件和第二油压调节组件。第一油压调节组件、第二油压调节组件均包括步进电机、盘形凸轮和调压活塞。激振油源包括双联泵、第一换向阀、第二换向阀、单向阀、溢流阀和第一节流阀。信号反馈部分包括第一油压变送器、第二油压变送器、第三油压变送器、激光测距传感器和加速度传感器。本发明通过动态调整缸体的容腔体积，能够实时调节激振参数。

Description

容腔动态增压的激振拉削装置及其激振参数调整方法

技术领域

本发明属于电液伺服激振技术领域，具体涉及一种基于双阀驱动及容腔动态增压的激振拉削装置及其激振参数调整方法。

背景技术

电液激振器通常是利用小功率电动激振器带动液压伺服阀，控制管道中的液压力介质，在液压缸中的活塞上便产生很大的激励力，从而使被激件获得振动。电液激振器属于改进过的新型高效振动源设备，它的优点在于处理能力大、工作可靠以及筛分效率高，并且可以根据用户的需求来设计制造。电液激振器广泛应用于许多重要的工程领域，如汽车设计领域，航空航天领域，高精密激振拉削，水坝，高层建筑抗震等。而在振动切削加工领域中，有效的电液伺服激振系统相对较少，特别是负载扰动下的输出性能还有待于进一步研究。基于大负载切削特性对于刀具的磨损作用，有必要发明一种适用于振动切削加工的电液激振器，改善刀具的磨损，提高加工质量。

现有的电液激振系统，如：专利号为CN201210218096.X(授权公开号CN102734279A，授权公布日2012年10月17日)公开了一种电液激振器。一种电液激振器振动波形控制装置，包括油源、高频激振阀、并联伺服阀、液压执行机构和加载对象；并联伺服阀包括用零偏步进电机，高频激振阀为2D电液高频激振阀，2D电液高频激振阀包括轴向步进电机；还包括位置检测装置、数据采集控制器、电液伺服控制器和工控机，电液伺服控制器连接所述零偏步进电机和轴向步进电机；工控机包括：控制执行模块，用以将设定的激振波形信号分解为零偏控制信号和幅值控制信号，并将控制信号输出到电液伺服控制器；反馈比较模块，用以将零偏反馈信号和幅值反馈信号分别与零偏控制信号和幅值控制信号比较，并将比较后的差值信号发送给电液伺服控制器。但此装置结构过于繁琐，且倾向于高频激振场合，并不能适应振动切削加工对于激振力和激振幅值的要求，用途有局限性。专利号为CN200910154594.0(授权公开号CN101718291A，授权公布日2010年06月02日)一种大流量高频电液激振控制阀驱动系统，包括大流量高频电液激振阀，所述驱动系统还包括用以驱动阀芯轴向线性滑动的主阀端部液压缸和用以驱动阀芯旋转的变速器，所述主阀端部液压缸包括缸体和驱动活塞，所述驱动活塞固定安装在所述阀芯的端部，所述缸体内以驱动活塞为界，靠近阀芯一侧的缸体为有杆腔，另一侧的缸体为无杆腔，所述有杆腔与高压油箱连通，所述无杆腔通过流量阀与高压油箱连通；所述变速器包括液压马达、主动齿轮、惰轮和从动齿轮；所述变速器包括液压马达和齿轮增速机构；所述液压马达的输出轴与所述齿轮增速机构的输入轴联接，所述齿轮增速机构的输出轴与阀芯联接。但其驱动方式过于繁琐，且激振频率和激振幅值并不能精确调节，且在激振油路高速切换时会产生较大的波动，影响激振性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双阀驱动及容腔动态增压的激振拉削装置及其激振参数调整方法。

本发明容腔动态增压的激振拉削装置，包括拉削主液压缸、拉刀、机架、电液驱动部分和信号反馈部分。所述的拉削主液压缸固定在机架上。所述的电液驱动部分包括激振油源、单出杆激振缸、第一伺服阀、第二伺服阀、第一油压调节组件和第二油压调节组件。所述的单出杆激振缸包括缸体和激振活塞杆。所述的缸体与拉削主液压缸的拉削活塞杆固定。缸体内设置有活塞腔、第一调压腔和第二调压腔。所述的激振活塞杆与活塞腔构成滑动副。激振活塞杆的外端与拉刀的内端固定。激振活塞杆将活塞腔分隔为激振有杆腔和激振无杆腔。第一调压腔、第二调压腔分别设置在激振有杆腔的两侧，且均与激振有杆腔连通。

所述的第一油压调节组件、第二油压调节组件均包括步进电机、盘形凸轮和调压活塞。所述第一油压调节组件、第二油压调节组件内的盘形凸轮分别偏心支承在第一调压腔、第二调压腔内。第一油压调节组件、第二油压调节组件内的调压活塞与第一调压腔、第二调压腔分别构成滑动副。盘形凸轮位于调压活塞远离活塞腔的一侧，且由步进电机驱动。

所述的激振油源包括双联泵、第一换向阀、第二换向阀、单向阀、溢流阀和第一节流阀。所述双联泵的两个进油口均与油箱连通。双联泵的第一出油口与第一换向阀的进油口连通。第一换向阀的回油口与第二换向阀的第一工作油口连通。第二换向阀的进油口及第二工作油口均封闭，回油口与油箱连通。第一换向阀的第一工作油口与拉削主液压缸的无杆腔连接，第二工作油口与拉削主液压缸的有杆腔连接。

所述双联泵的第二出油口与单向阀的输入油口连通。单向阀的输出油口与第一节流阀的进油口及溢流阀的进油口连通。溢流阀的出油口与油箱连通。第一节流阀的出油口与第一伺服阀及第二伺服阀的进油口连通。第一伺服阀及第二伺服阀的回油口与油箱连通。所述第一伺服阀及第二伺服阀的第一工作油口均与缸体内的激振无杆腔连通，第二工作油口均与缸体内的激振有杆腔连通。

所述的信号反馈部分包括第一油压变送器、第二油压变送器、第三油压变送器、激光测距传感器和加速度传感器。第一油压变送器、第二油压变送器及第三油压变送器均固定在缸体上。第一油压变送器的检测油口与第一调压腔、活塞缸的连接处连通。第二油压变送器的检测油口与第二调压腔、活塞缸的连接处连通。第三油压变送器的检测油口与激振无杆腔的连通。激光测距传感器固定在缸体上。

进一步地，本发明容腔动态增压的激振拉削装置还包括系统状态监测控制部分。所述的系统状态监测控制部分包括工控机、信号采集器和运动控制器。所述信号采集器的五个信号输入接口与第一油压变送器、第二油压变送器、第三油压变送器、激光测距传感器、加速度传感器的信号输出口分别连接。运动控制器的四个控制输出接口与两个步进电机、第一伺服阀、第二伺服阀的控制输入接口分别相连。工控机的信号输入接口与信号采集器的信号输出接口相连。工控机的控制输出接口与运动控制器的输入接口分别相连。

进一步地，所述的系统状态监测控制部分还包括显示器。所述的显示器与工控机连接。所述工控机的型号为IPC-610L。所述的信号采集器采用S00系列中型号为CPU314C的PLC。所述的运动控制器采用S00系列中型号为CPU314的PLC。

进一步地，所述第一油压调节组件、第二油压调节组件内的步进电机均固定在缸体上。步进电机的输出轴与对应的盘形凸轮固定。

进一步地，所述双联泵的两个进油口与油箱之间均设置有第一滤油器。单向阀与第一节流阀之间设置有第二滤油器。双联泵的第一出油口上连接有油压表。

进一步地，所述的激振油源还包括油压表、第一蓄能器、第二蓄能器、第三蓄能器。第一蓄能器的工作油口与第一节流阀的进油口连通。所述第二蓄能器的工作油口与第一伺服阀及第二伺服阀的第一工作油口连通。所述第三蓄能器的工作油口与第一伺服阀及第二伺服阀的第二工作油口连通。

进一步地，所述第一换向阀的第一工作油口与拉削主液压缸的无杆腔之间设置有第二节流阀。第一换向阀的第二工作油口与拉削主液压缸的有杆腔之间设置有第三节流阀。

进一步地，所述的第一换向阀采用O型三位四通换向阀。所述的第二换向阀采用H型三位四通换向阀。

该容腔动态增压的激振拉削装置的激振参数调整方法具体如下：

步骤一、设定目标平衡位移x_s、目标幅值a_s、目标振动周期T_s。

步骤二、第一伺服阀与第二伺服阀同步动作，第一伺服阀及第二伺服阀输入电压的绝对值为U，且输入电压正负交替变换，第一伺服阀及第二伺服阀输入电压的变换周期为T_s，使得激振活塞杆往复运动。激光测距传感器等时间间隔地检测拉刀的n个位移数据，得到n个位移数据[x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)]。

步骤三、计算实际平衡位移其中，A为初始状态下，激光测距传感器检测到的距离值；初始状态下，拉削主液压缸的拉削活塞杆推出至极限位置，单出杆激振缸的激振活塞杆位于缸体内活塞腔的正中位置；l(t_i)为激光测距传感器检测第i个位移数据时拉削主液压缸的拉削活塞杆拉回距离。

步骤四、计算活塞振动平衡位置偏差e_x＝x_s-x_m；若|e_x|≤0.5mm，则直接进入步骤五。

若e_x>0.5mm，则向第一伺服阀与第二伺服阀输入负电压时，将电压值降低为g·(-U)，0.8≤g≤0.95。同时，两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向远离活塞腔的方向滑动，减小激振有杆腔内的油压。持续计算e_x的大小，直到|e_x|≤0.3mm后步进电机停转，第一伺服阀与第二伺服阀输入正电压、负电压时的电压值分别变为U、-U，并进入步骤五。

若e_x<-0.5mm，则向第一伺服阀与第二伺服阀输入负电压时，将电压值提升为g'·(-U)，1.05≤g'≤1.3。同时，两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向靠近活塞腔的方向滑动，增大激振有杆腔内的油压。持续计算e_x的大小，直到|e_x|≤0.3mm后步进电机停转，第一伺服阀与第二伺服阀输入正电压、负电压时的电压值分别变为U、-U。

进一步地，步骤四执行后，执行步骤五至步骤十一。

步骤五、计算实际振动幅值a_m。

5.1、重复执行一次步骤二。i＝2,3,…,n-1，依次执行步骤5.2。得到c个波峰位移值和d个波谷位移值。

5.2、若x(t_i-1)＜x(t_i)且x(t_i)＞x(t_i+1)，则x(t_i)为一个波峰位移值；若x(t_i-1)＞x(t_i)且x(t_i)＜x(t_i+1)，则x(t_i)为一个波谷位移值。

5.3、计算c个波峰位移值的平均值x_max和d个波谷位移值的平均值计算实际振动幅值/>

步骤六：计算活塞振动幅值偏差e_a＝a_s-a_m；若|e_a|≤0.1mm，则直接进入步骤九；若|e_a|≥0.3mm，则直接进入步骤七。若0.1mm＜|e_a|＜0.3mm，则直接进入步骤八。在步骤七和八执行的过程中，持续计算e_x的大小，若|e_x|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤四。

步骤七、若e_a＞0.3mm，则持续增大第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U。持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.2mm后，停止增大第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U，进入步骤八。

若e_a＜-0.3mm，则持续减小第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U。持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.2mm后，停止减小第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U，进入步骤八。

步骤八、若0.1mm＜e_a＜0.3mm，则两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向靠近活塞腔的方向滑动，增大激振有杆腔内的油压。持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.1mm后步进电机停转，进入步骤九。

若-0.3mm＜e_a＜-0.1mm，则两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向远离活塞腔的方向滑动，减小激振有杆腔内的油压。持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.1mm后步进电机停转，进入步骤九。

步骤九、重复执行一次步骤二和五。计算实际活塞振动周期其中，t_i为第i个波峰位移值与第i+1个波峰位移值之间的时间差；t′_j为第j个波谷位移值与第j+1个波谷位移值之间的时间差。之后进入步骤十。

步骤十、计算活塞振动周期偏差e_T＝T_s-T_m；若|e_T|≤5ms，则直接进入步骤十一。若|e_T|＞5ms，则两个步进电机同步转动，且转速为1/T_s转每秒；

在步骤十执行的过程中，持续计算e_x和e_a的大小。若|e_x|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤四。若|e_a|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤六、七和八。

步骤十一：重复执行步骤二至十。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明通过动态调整缸体的容腔体积，能够实现对激振参数的实时动态调节。

2、本发明基于双阀共同驱动特性，可实现保证控制精度下，有效提升了激振幅值；

3、本发明集运行状态监测和运动控制于一体，有效提升了与传统切削装备的适配性，以及自身多任务的适应性；

4、本发明采用缸阀一体式模块化结构形式，有效降低了激振能量损耗，提高了激振波形的稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中电液驱动部分的结构示意图；

图3为本发明中电液驱动部分的俯视示意图；

图4为本发明中电液驱动部分的局部剖视示意图；

图5为本发明的油路示意图；

图6为本发明中电液驱动部分与系统状态监测控制部分的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，容腔动态增压的激振拉削装置，包括拉削主液压缸1、拉刀2、机架3、电液驱动部分、信号反馈部分和系统状态监测控制部分。拉削主液压缸1固定在机架3上。

如图2、3和4所示，电液驱动部分包括激振油源、单出杆激振缸、连接套筒4、第一伺服阀5、第二伺服阀6、第一油压调节组件7和第二油压调节组件8。单出杆激振缸包括缸体9和激振活塞杆10。缸体9与机架构成滑动副，并与拉削主液压缸1的拉削活塞杆固定。

如图2、3和4所示，缸体9内设置有活塞腔、第一调压腔和第二调压腔。激振活塞杆10与活塞腔构成滑动副。激振活塞杆10的外端伸出缸体9外，并与拉刀2的内端通过连接套筒4固定。拉刀2的外端伸出机架3。激振活塞杆10将活塞腔分隔为激振有杆腔和激振无杆腔。第一调压腔、第二调压腔分别设置在激振有杆腔的两侧，且均与激振有杆腔连通。随着激振活塞杆10的移动，激振有杆腔、激振无杆腔的容积发生变化，但激振无杆腔与两个调压腔恒不连通。

缸体9内开设有供油油道和回油油道。供油油道的进油口设置有进油接头，出油口与第一伺服阀5及第二伺服阀6的进油口(P口)连通。回油油道的出油口设置有回油接头，进油口与第一伺服阀5及第二伺服阀6的回油口(T口)连通。第一伺服阀5及第二伺服阀6的第一工作油口(A口)均与缸体9内的激振无杆腔连通，第二工作油口(B口)均与缸体9内的激振有杆腔连通。

第一油压调节组件7、第二油压调节组件8均包括步进电机、盘形凸轮7-1和调压活塞7-2。第一油压调节组件7、第二油压调节组件8内的盘形凸轮7-1分别偏心支承在第一调压腔、第二调压腔内。第一油压调节组件7、第二油压调节组件8内的调压活塞7-2与第一调压腔、第二调压腔分别构成滑动副。第一油压调节组件7、第二油压调节组件8内的步进电机均固定在缸体9上。步进电机的输出轴与对应的盘形凸轮7-1固定。盘形凸轮7-1位于调压活塞7-2远离活塞腔的一侧。在活塞缸内油压的作用下，盘形凸轮7-1抵在对应盘形凸轮7-1的工作轮廓上。当盘形凸轮7-1运动时，调压活塞7-2发生滑移，使得第一调压腔或第二调压腔与活塞缸连通部分的容积发生变化，从而达到调整激振有杆腔内油压的作用。

如图5所示，激振油源包括第一滤油器11、第二滤油器12、双联泵13、第一换向阀30、第二换向阀31、单向阀14、溢流阀15、油压表16、第一蓄能器17、第二蓄能器、第三蓄能器、第一节流阀18、第二节流阀19和第三节流阀20。第一换向阀30采用O型三位四通换向阀。第二换向阀31采用H型三位四通换向阀。双联泵13的两个进油口与两个第一滤油器11的出油口分别连通。两个第一滤油器11的进油口均与油箱连通。双联泵13的第一出油口与油压表16的检测油口及第一换向阀30的进油口(P口)连通。第一换向阀30的回油口(T口)与第二换向阀31的第一工作油口(A口)连通。第二换向阀31的进油口(P口)及第二工作油口(B口)均封闭，回油口(T口)与油箱连通。第一换向阀30的第一工作油口(A口)与拉削主液压缸1的无杆腔通过第二节流阀19连接，第二工作油口(B口)与拉削主液压缸1的有杆腔通过第三节流阀20连接。

双联泵13的第二出油口与单向阀14的输入油口连通。单向阀14的输出油口与第二滤油器12的进油口及溢流阀15的进油口连通。溢流阀15的出油口与油箱连通。第二滤油器12的出油口与第一蓄能器17的工作油口及第一节流阀18的进油口连通。第一节流阀18的出油口与供油油道的进油口通过进油接头连通。回油油道的出油口与油箱通过回油接头连通。第二蓄能器的工作油口与第一伺服阀及第二伺服阀的第一工作油口(A口)连通。第三蓄能器的工作油口与第一伺服阀及第二伺服阀的第二工作油口(B口)连通。

如图3、4和6所示，信号反馈部分包括第一油压变送器21、第二油压变送器22、第三油压变送器23、激光测距传感器24和加速度传感器25。第一油压变送器21、第二油压变送器22及第三油压变送器23均固定在缸体9上。第一油压变送器21的检测油口与第一调压腔、活塞缸的连接处连通。第二油压变送器22的检测油口与第二调压腔、活塞缸的连接处连通。第三油压变送器23的检测油口与激振无杆腔的连通。

激光测距传感器24固定在缸体9上。激光测距传感器24检测头的朝向与活塞杆的轴线平行。激光测距传感器24检测头朝向机架3的内侧壁。通过激光测距传感器24检测到的自身与机架3内侧壁的间距，能够计算出拉刀2的位置。加速度传感器25固定在活塞杆外端的连接套筒4上。

如图6所示，系统状态监测控制部分包括显示器26、工控机27、信号采集器28和运动控制器29。工控机27的型号为IPC-610L。信号采集器28采用S7-300系列中型号为CPU314C的PLC。运动控制器29采用S7-300系列中型号为CPU314的PLC。信号采集器28的五个信号输入接口与第一油压变送器21、第二油压变送器22、第三油压变送器23、激光测距传感器24、加速度传感器25的信号输出口分别连接。运动控制器29的四个控制输出接口与两个步进电机、第一伺服阀5、第二伺服阀6的控制输入接口分别相连。工控机27的信号输入接口与信号采集器28的信号输出接口相连。工控机27的控制输出接口与运动控制器29的输入接口分别相连。工控机27与显示器26连接。

工控机27用于读取信号采集器28所转化和存储的数据，并与设定的控制指令进行比对，经由运动控制模块的算法分配第一伺服阀5、第二伺服阀6的控制指令，并传输至运动控制器29，将各自的控制指令转化为相应的电信号，实现激振幅值，激振频率的调节。

为了提高激振系统的稳定性和准确性，提供一种双通道汇流下的容腔动态增压方法和激振频率、激振幅值精确在线调整的方法。

该容腔动态增压的激振拉削装置的激振参数调整方法具体如下：

步骤一、设定目标平衡位移x_s、目标幅值a_s、目标振动周期T_s。

步骤二、第一伺服阀5与第二伺服阀6同步动作，第一伺服阀5及第二伺服阀6输入电压的绝对值为U，且输入电压正负交替变换(即输入电压值在U和-U之间交替变化)，第一伺服阀5及第二伺服阀6输入电压的变换周期为T_s，使得激振活塞杆往复运动。激光测距传感器24在Tz时间内，等时间间隔地检测拉刀2的n个位移数据(即激光测距传感器24与机架内侧壁的距离)，得到n个位移数据[x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)]。n＝Tz·f，Tz为采样时长；f为激光测距传感器24的采样频率。Tz＝10s；f＝500Hz。

步骤三、计算实际平衡位移其中，A为初始状态下，激光测距传感器24检测到的距离值(即激光测距传感器24与机架3内侧壁的距离)；初始状态下，拉削主液压缸1的拉削活塞杆推出至极限位置，单出杆激振缸的激振活塞杆10的滑动活塞位于缸体9内活塞腔的正中位置；l(t_i)为激光测距传感器24检测第i个位移数据时拉削主液压缸1的拉削活塞杆拉回距离(即当前拉削活塞杆的位置与初始状态下拉削活塞杆的位置之间的距离)。由于本发明用于拉削运动，在拉削运动中，向内的方向为正方向，故本发明中以激振活塞杆缩入缸体9的方向为正方向。

步骤四、计算活塞振动平衡位置偏差e_x＝x_s-x_m；若|e_x|≤0.5mm，则直接进入步骤五。

若e_x>0.5mm，即激振活塞杆10向靠近缸体内激振无杆腔的方向偏移，此时，向第一伺服阀5与第二伺服阀6输入负电压时，将电压值降低为g·(-U)，g＝0.9，降低输入激振有杆腔的流量。同时，两个步进电机转动，盘形凸轮7-1驱动调压活塞7-2向远离活塞腔的方向滑动，减小激振有杆腔内的油压，减小激振有杆腔油液刚度，使得激振活塞杆10的实际平衡位移在激振有杆腔、激振无杆腔平衡压力作用下，向目标平衡位移x_s持续调整。根据步骤二和三中的方法持续计算e_x的大小，直到|e_x|≤0.3mm后步进电机停转，第一伺服阀5与第二伺服阀6输入正电压、负电压时的电压值分别变为U、-U，并进入步骤五。

若e_x<-0.5mm，即激振活塞杆10向远离缸体内激振无杆腔的方向偏移，此时，向第一伺服阀5与第二伺服阀6输入负电压时，将电压值提升为g'·(-U)，g'＝1.1，提高输入激振有杆腔的流量。同时，两个步进电机转动，盘形凸轮7-1驱动调压活塞7-2向靠近活塞腔的方向滑动，增大激振有杆腔内的油压，使得激振活塞杆10的实际平衡位移在激振有杆腔、激振无杆腔平衡压力作用下，向目标平衡位移x_s持续调整。根据步骤二和三中的方法持续计算e_x的大小，直到|e_x|≤0.3mm后步进电机停转，第一伺服阀5与第二伺服阀6输入正电压、负电压时的电压值分别变为U、-U，并进入步骤五。

步骤五、计算实际振动幅值a_m。

5.1、重复执行一次步骤二。i＝2,3,…,n-1，依次执行步骤5.2。得到c个波峰位移值和d个波谷位移值。

5.2、若x(t_i-1)＜x(t_i)且x(t_i)＞x(t_i+1)，则x(t_i)为一个波峰位移值；若x(t_i-1)＞x(t_i)且x(t_i)＜x(t_i+1)，则x(t_i)为一个波谷位移值。

5.3、计算步骤5.1和5.2所得的c个波峰位移值的平均值和d个波谷位移值的平均值/>计算实际振动幅值/>

步骤六：计算活塞振动幅值偏差e_a＝a_s-a_m；若|e_a|≤0.1mm，则直接进入步骤九；若|e_a|≥0.3mm，则直接进入步骤七。若0.1mm＜|e_a|＜0.3mm，则直接进入步骤八。幅值主要由伺服阀电压决定，当出现微小偏差时，才通过第一油压调节组件7、第二油压调节组件8进行调整，主要依靠改变激振有杆腔油液刚度实现，由于幅值偏差一般在0.1-0.3mm之间，不会超过平衡位置的调整阈值，所以一般不会触发步骤四，一旦超过0.3mm，则先在线调整伺服阀电压，再进行微调。在步骤七和八执行的过程中，根据步骤二、三和四中的方法持续计算e_x的大小，若|e_x|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤四。

步骤七、若e_a＞0.3mm，则持续增大第一伺服阀5及第二伺服阀6的输入电压绝对值U。根据步骤二、五和六中的方法持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.2mm后，停止增大第一伺服阀5及第二伺服阀6的输入电压绝对值U，进入步骤八。

若e_a＜-0.3mm，则持续减小第一伺服阀5及第二伺服阀6的输入电压绝对值U。根据步骤二、五和六中的方法持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.2mm后，停止减小第一伺服阀5及第二伺服阀6的输入电压绝对值U，进入步骤八。

步骤八、若0.1mm＜e_a＜0.3mm，则两个步进电机转动，盘形凸轮7-1驱动调压活塞7-2向靠近活塞腔的方向滑动，增大激振有杆腔内的油压。根据步骤二、五和六中的方法持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.1mm后步进电机停转，进入步骤九。

若-0.3mm＜e_a＜-0.1mm，则两个步进电机转动，盘形凸轮7-1驱动调压活塞7-2向远离活塞腔的方向滑动，减小激振有杆腔内的油压。根据步骤二、五和六中的方法并持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.1mm后步进电机停转，进入步骤九。

步骤九、重复执行一次步骤二和五。计算实际活塞振动周期其中，t_i为第i个波峰位移值与第i+1个波峰位移值之间的时间差，即t_i＝m_i+1/f；m_i为第i个波峰位移值与第i+1个波峰位移值之间采样点的个数；t′_j为第j个波谷位移值与第j+1个波谷位移值之间的时间差，即t′_j＝m′_j+1/f；m′_j为第j个波谷位移值与第j+1个波谷位移值之间采样点的个数。之后进入步骤十。

步骤十、计算活塞振动周期偏差e_T＝T_s-T_m；若|e_T|≤5ms，则直接进入步骤十一。若|e_T|＞5ms，则两个步进电机同步转动，且转速为1/T_s转每秒；

在步骤十执行的过程中，根据步骤二、三和四中的方法持续计算e_x的大小，根据步骤二、五和六中的方法持续计算e_a的大小。若|e_x|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤四。若|e_a|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤六、七和八。

调整容腔体积改变实际活塞振动周期的原理如下：

在活塞截面积不变的前提下，活塞上的作用力与容腔压力成正比关系。而根据其中q_L为容腔流量，p_L为容腔压力，V容腔体积，β_e为流体容积模数，s表示复数域。流量不变的情况下，容腔体积大小与压力变化速度成反比关系，所以当激振有杆腔容积呈现一定周期的往复变化时，叠加在活塞上的作用力也会呈现周期变化。而周期运动的调压活塞7-2就为激振有杆腔容积提供了周期的往复变化。又由于容腔变化是呈现周期性的，平均下来其幅值不变，所以对e_x和e_a的影响较小。

步骤十一：重复执行步骤二至十。

Claims (6)

1.容腔动态增压的激振拉削装置，包括拉削主液压缸、拉刀、机架、电液驱动部分和信号反馈部分；其特征在于：所述的拉削主液压缸固定在机架上；所述的电液驱动部分包括激振油源、单出杆激振缸、第一伺服阀、第二伺服阀、第一油压调节组件和第二油压调节组件；所述的单出杆激振缸包括缸体和激振活塞杆；所述的缸体与拉削主液压缸的拉削活塞杆固定；缸体内设置有活塞腔、第一调压腔和第二调压腔；所述的激振活塞杆与活塞腔构成滑动副；激振活塞杆的外端与拉刀的内端固定；激振活塞杆将活塞腔分隔为激振有杆腔和激振无杆腔；第一调压腔、第二调压腔分别设置在激振有杆腔的两侧，且均与激振有杆腔连通；

所述的第一油压调节组件、第二油压调节组件均包括步进电机、盘形凸轮和调压活塞；所述第一油压调节组件、第二油压调节组件内的盘形凸轮分别偏心支承在第一调压腔、第二调压腔内；第一油压调节组件、第二油压调节组件内的调压活塞与第一调压腔、第二调压腔分别构成滑动副；盘形凸轮位于调压活塞远离活塞腔的一侧，且由步进电机驱动；

所述的激振油源包括双联泵、第一换向阀、第二换向阀、单向阀、溢流阀和第一节流阀；所述双联泵的两个进油口均与油箱连通；双联泵的第一出油口与第一换向阀的进油口连通；第一换向阀的回油口与第二换向阀的第一工作油口连通；第二换向阀的进油口及第二工作油口均封闭，回油口与油箱连通；第一换向阀的第一工作油口与拉削主液压缸的无杆腔连接，第二工作油口与拉削主液压缸的有杆腔连接；

所述双联泵的第二出油口与单向阀的输入油口连通；单向阀的输出油口与第一节流阀的进油口及溢流阀的进油口连通；溢流阀的出油口与油箱连通；第一节流阀的出油口与第一伺服阀及第二伺服阀的进油口连通；第一伺服阀及第二伺服阀的回油口与油箱连通；所述第一伺服阀及第二伺服阀的第一工作油口均与缸体内的激振无杆腔连通，第二工作油口均与缸体内的激振有杆腔连通；

所述的信号反馈部分包括第一油压变送器、第二油压变送器、第三油压变送器、激光测距传感器和加速度传感器；第一油压变送器、第二油压变送器及第三油压变送器均固定在缸体上；第一油压变送器的检测油口与第一调压腔、活塞缸的连接处连通；第二油压变送器的检测油口与第二调压腔、活塞缸的连接处连通；第三油压变送器的检测油口与激振无杆腔的连通；激光测距传感器固定在缸体上；

还包括系统状态监测控制部分；所述的系统状态监测控制部分包括工控机、信号采集器和运动控制器；所述信号采集器的五个信号输入接口与第一油压变送器、第二油压变送器、第三油压变送器、激光测距传感器、加速度传感器的信号输出口分别连接；运动控制器的四个控制输出接口与两个步进电机、第一伺服阀、第二伺服阀的控制输入接口分别相连；工控机的信号输入接口与信号采集器的信号输出接口相连；工控机的控制输出接口与运动控制器的输入接口分别相连；

所述的系统状态监测控制部分还包括显示器；所述的显示器与工控机连接；所述工控机的型号为IPC-610L；所述的信号采集器采用S00系列中型号为CPU314C的PLC；所述的运动控制器采用S00系列中型号为CPU314的PLC；

所述第一油压调节组件、第二油压调节组件内的步进电机均固定在缸体上；步进电机的输出轴与对应的盘形凸轮固定。

2.根据权利要求1所述的容腔动态增压的激振拉削装置，其特征在于：所述双联泵的两个进油口与油箱之间均设置有第一滤油器；单向阀与第一节流阀之间设置有第二滤油器；双联泵的第一出油口上连接有油压表。

3.根据权利要求1所述的容腔动态增压的激振拉削装置，其特征在于：所述的激振油源还包括油压表、第一蓄能器、第二蓄能器、第三蓄能器；第一蓄能器的工作油口与第一节流阀的进油口连通；所述第二蓄能器的工作油口与第一伺服阀及第二伺服阀的第一工作油口连通；所述第三蓄能器的工作油口与第一伺服阀及第二伺服阀的第二工作油口连通。

4.根据权利要求1所述的容腔动态增压的激振拉削装置，其特征在于：所述第一换向阀的第一工作油口与拉削主液压缸的无杆腔之间设置有第二节流阀；第一换向阀的第二工作油口与拉削主液压缸的有杆腔之间设置有第三节流阀。

5.根据权利要求1所述的容腔动态增压的激振拉削装置，其特征在于：所述的第一换向阀采用O型三位四通换向阀；所述的第二换向阀采用H型三位四通换向阀。

6.如权利要求1所述的容腔动态增压的激振拉削装置的激振参数调整方法，其特征在于：步骤一、设定目标平衡位移x_s、目标幅值a_s、目标振动周期T_s；

步骤二、第一伺服阀与第二伺服阀同步动作，第一伺服阀及第二伺服阀输入电压的绝对值为U，且输入电压正负交替变换，目标振动周期T_s，目标振动周期为第一伺服阀及第二伺服阀输入电压的变换周期；使得激振活塞杆往复运动；激光测距传感器等时间间隔地检测拉刀的n个位移数据，得到n个位移数据[x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)]；

步骤三、计算实际平衡位移其中，A为初始状态下，激光测距传感器检测到的距离值；初始状态下，拉削主液压缸的拉削活塞杆推出至极限位置，单出杆激振缸的激振活塞杆位于缸体内活塞腔的正中位置；l(t_i)为激光测距传感器检测第i个位移数据时拉削主液压缸的拉削活塞杆拉回距离；

步骤四、计算活塞振动平衡位置偏差e_x＝x_s-x_m；若|e_x|≤0.5mm，则直接进入步骤五；

若e_x>0.5mm，则向第一伺服阀与第二伺服阀输入负电压时，将电压值降低为g·(-U)，0.8≤g≤0.95；同时，两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向远离活塞腔的方向滑动，减小激振有杆腔内的油压；持续计算e_x的大小，直到|e_x|≤0.3mm后步进电机停转，第一伺服阀与第二伺服阀输入正电压、负电压时的电压值分别变为U、-U，并进入步骤五；

若e_x<-0.5mm，则向第一伺服阀与第二伺服阀输入负电压时，将电压值提升为g'·(-U)，1.05≤g'≤1.3；同时，两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向靠近活塞腔的方向滑动，增大激振有杆腔内的油压；持续计算e_x的大小，直到|e_x|≤0.3mm后步进电机停转，第一伺服阀与第二伺服阀输入正电压、负电压时的电压值分别变为U、-U；

步骤五、计算实际振动幅值a_m；

5.1、重复执行一次步骤二；i＝2,3,…,n-1，依次执行步骤5.2；得到c个波峰位移值和d个波谷位移值；

5.2、若x(t_i-1)＜x(t_i)且x(t_i)＞x(t_i+1)，则x(t_i)为一个波峰位移值；若x(t_i-1)＞x(t_i)且x(t_i)＜x(t_i+1)，则x(t_i)为一个波谷位移值；

5.3、计算c个波峰位移值的平均值和d个波谷位移值的平均值/>计算实际振动幅值/>

步骤六：计算活塞振动幅值偏差e_a＝a_s-a_m；若|e_a|≤0.1mm，则直接进入步骤九；若|e_a|≥0.3mm，则直接进入步骤七；若0.1mm＜|e_a|＜0.3mm，则直接进入步骤八；在步骤七和八执行的过程中，持续计算e_x的大小，若|e_x|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤四；

步骤七、若e_a＞0.3mm，则持续增大第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U；持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.2mm后，停止增大第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U，进入步骤八；

若e_a＜-0.3mm，则持续减小第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U；持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.2mm后，停止减小第一伺服阀及第二伺服阀的输入电压绝对值U，进入步骤八；

步骤八、若0.1mm＜e_a＜0.3mm，则两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向靠近活塞腔的方向滑动，增大激振有杆腔内的油压；持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.1mm后步进电机停转，进入步骤九；

若-0.3mm＜e_a＜-0.1mm，则两个步进电机转动，盘形凸轮驱动调压活塞向远离活塞腔的方向滑动，减小激振有杆腔内的油压；持续计算e_a的大小，直到|e_a|≤0.1mm后步进电机停转，进入步骤九；

步骤九、重复执行一次步骤二和五；计算实际活塞振动周期其中，t_i为第i个波峰位移值与第i+1个波峰位移值之间的时间差；t_j′为第j个波谷位移值与第j+1个波谷位移值之间的时间差；之后进入步骤十；

步骤十、计算活塞振动周期偏差e_T＝T_s-T_m；若|e_T|≤5ms，则直接进入步骤十一；若|e_T|＞5ms，则两个步进电机同步转动，且转速为1/T_s转每秒；

在步骤十执行的过程中，持续计算e_x和e_a的大小；若|e_x|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤四；若|e_a|＞0.5mm，则中断当前步骤，执行步骤六、七和八；

步骤十一：重复执行步骤二至十。