电极丝横向振动测量方法研究

    1引言

    国产快走丝线切割机床电极丝横向振动是影响快走丝机床加工精度和加工粗糙度的重要因素。为此，文献^〔1〕提出了利用振动主动控制的方法抑制电极丝的低频振动，文中以弹性元件轻压接触对电极丝的振动进行测量和控制。但由于这种方法实际测量的是弹性元件的振动而非电极丝本身的振动，因此有必要对电极丝本身的振动同时进行测量，将两者的结果加以比较，以找出异同，进一步论证轻压接触法构成的测控系统的可行性及应考虑的问题。本文正是基于这个出发点，将光电测振和弹性元件接触法测振测量结果进行比较，由此对弹性元件的材料、参数及测点进行寻优。

    2测量方法

   2.1光电测振法

    光电测振的原理如图1所示。光敏管的光电流I。在一定范围内是光照度的线性函数，因此，将一束一定光强且具有较高频率的脉冲光透射过电极丝上，然后经过一个直角三角形的光窗照在光敏管上，于是光敏管将产生一个电极丝的投影，如图2所示。当电极丝横向振动时，电极丝在光窗中的面积发生改变，因而遮光而和也随之变化，引起光敏管上光照度的相应变化。电极丝在光窗中的面积

式中A为电极丝遮光的面积;d为电极丝的直径;x为电极丝的振动位移;a为电极丝的光窗角度。

    此处使用5kHz的脉冲电源向红外发光管5G151供电，使其产生脉冲光。采用脉冲光的原因是:(1)发光二极管在脉冲电流作用下，发光效率要比直流供电高;(2)接收端接收到的将是受电极丝振动位移调幅的脉冲信号，这样就增强了测量系统的抗干扰能力。输入极采用AD公司的低漂移仪表放大器AD621，该放大器具有很高的输入阻抗，很强的抗共模干扰的能力，并进一步提高了系统的抗干扰能力。调幅信号经半波整流后，通过二阶无限增益多路反馈低通滤波器解调，获得表示电极丝横向振动的电信号。低通滤波器结构如图3所示。

    2.2接触法

    接触法的基本思路是利用一端夹持一端悬臂的弹性元件构成弹性悬臂梁结构，轻压接触电极丝如图4所示。这样通过电极丝激励弹性悬臂梁，利用在弹性悬臂梁上贴附PZT桥测量梁的振动，从而间接得到丝的振动状态，其原理如图5所示。将两片PZT材料极性相对贴附于悬臂梁同一点的两侧，如图6所示。当梁振动时，得到^〔2·3〕

式中R为电阻;C_P，为PZT的电容;、s为拉氏变换子;Vs。为电桥输出电压;V_P为PZT输出电压;d₃₁为压电常数;b为PZT的宽度;y_c.为梁与PZT的厚度和;E为弹性模量;C_P为PzT电容常数;y为转角。