CN102794459A - 超声波后置双向振动车削方法 - Google Patents

Abstract

一种超声波后置双向振动车削方法，将两个变幅杆的一端上下作用在车刀的伸出安装车刀的刀架之外的后部，两个变幅杆与车刀的刀杆不是紧固连接而只是接触，两个变幅杆的另一端分别与换能器连接，将两个换能器分别与超声波发生器电连接，对两个变幅杆均施加一个压力，在车削过程中通过该压力使变幅杆始终与车刀刀杆接触，启动两个超声波发生器，使换能器将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆将换能器的超声频机械振动放大后传递给车刀，使两个变幅杆的振动相位相差180°，上下两个变幅杆对车刀刀杆交替产生振动，实现对工件的超声波车削，避免了振动不稳定或没有振动的现象，保证了超声波振动车削的效果。

Description

超声波后置双向振动车削方法

技术领域

 本发明涉及一种在车床上对工件进行超声波车削的方法，属于超声波车削技术领域。

背景技术

超声波振动车削，是指使车刀以振动频率f=16-50KHz、振幅a=10-25μm的超声波范围的振动频率和小振幅沿切削方向进行的车削。利用这种振动切削，可在普通车床上实现超精密加工，即可以达到圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度均接近零误差，实现以车代磨。应用超声波车削具有如下优点：1.切削力降低：振动车削从微观上看是一种脉冲切削，刀具在一个振动周期中的有效切削时间极短，一个振动周期内绝大部分时间刀具与切屑完全分离，所以其平均切削力远小于相同切削参数时的普通车削，约为普通车削时切削力的1/3-1/10； 2.加工精度提高：由于振动车削是一种脉冲切削，刀具与工件完全分离，所以没有普通车削时的“让刀”现象，即每个切削瞬间刀刃所处的位置保持不变，从而提高了加工精度，即使在只有小于0.01mm的微小吃刀深度，也能按预定的切削深度进行精密加工。同时，粗糙度值明显降低，可以达到理论表面粗糙度；3.切削温度保持室温状态，同样基于振动车削是脉冲切削的原因，刀具不与工件和切屑摩擦，切削热量大大减少；4.工件不产生变形，没有毛刺；被加工零件呈现“刚性化”，切削后的工件表面呈彩虹效果；5.车削过程稳定，有效消除颤振，不产生积屑瘤；切削液的冷却、润滑作用提高；刀具寿命提高，工件耐磨性和耐腐蚀性提高。振动车削主要应用于：1.耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷和花岗岩等难加工材料的加工；2.加工淬硬钢零件；3.成型车削；4.细长杆件及薄壁件加工；5.超精密加工；6.超细直径零件加工。

已有的超声波振动车削技术有图1所示的弯曲振动超声车削技术和图2所示的纵向振动-弯曲振动超声车削技术。弯曲振动超声车削技术是：与换能器3连接的变幅杆2直接固定连接在车刀1的后端，变幅杆2与车刀1方向一致，变幅杆2和换能器3的外部设置一个保护套8，换能器3与超声波发生器相连，换能器3将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆2将换能器3的超声频机械振动放大后传递给车刀1，推动刀头做弯曲振动。纵向振动-弯曲振动超声车削技术是将与换能器3连接的变幅杆2通过螺栓垂直固定连接在车刀1的后部（在车刀1的后端与刀架4之间）。这两种方式都是使变幅杆2和车刀1固定连接为一体，将车刀1通过螺栓5和压块7装夹在刀架4上，同时通过螺栓和压块作用在车刀1上的压力点A和B必须在超声波输出的节点上。变幅杆2在换能器3带动下对车刀1产生超声波振动。

中国专利文献 CN101633046B公开了一种《超声波振动车削专用装置》 ，包括主夹具件、次夹具件底板、次夹具件压板和节点垫片，主夹具件与次夹具件底板的一端固定垂直连接，次夹具件压板与次夹具件底板固定连接并相互平行，节点垫片固定设置于次夹具件底板上并正对于次夹具件压板。节点垫片的节点位置与车刀的节点位置相同，节点垫片的节点间距为超声波在车刀中传播波长的1/2，车刀安装在该专用装置中，使车刀节点的位置与节点垫片的位置相对应，可以实现刀具上下方向的移动，调正刀尖与工件中心线在同一平面上。

    中国专利文献CN201143566公开了《一种带补偿功能的振动车刀》，是将变幅杆直接做在车刀上，使车刀振动。

以上现有的超声波振动车削方式，均是将变幅杆与车刀刀杆（或车刀）固定连接为一体，这种方式存在的问题是，当车削参数（如线速度、切削深度、进给量等）发生变化时，车削的负载特性就发生变化，而这种负载的变化直接影响超声波能量输出的稳定性，超声波能量输出不稳定就直接影响车刀的振动而影响车削的质量；甚至，在负载较大、车刀所受的切削力较大或负载变化很大的情况下，车刀的刀尖就会没有振动，对工件车削时，起不到超声波振动的效果。另外由于变幅杆的冲击是周期性的，当只设置一个变幅杆对车刀冲击振动时, 变幅杆只能实现对车刀半波冲击振动，不能使车刀始终保持较大振幅的振动。这也是到目前为止超声波振动车削并没有工业化应用的实质原因。

发明内容

本发明针对现有超声波振动车削技术存在的问题，提供一种超声波能量输出对车削负载不敏感、使车刀刀尖振动稳定、振动车削效果好的超声波后置双向振动车削方法。

本发明的超声波后置双向振动车削方法，是：

将两个变幅杆的一端上下作用在车刀的伸出安装车刀的刀架之外的后部，两个变幅杆与车刀的刀杆不是紧固连接而只是接触，两个变幅杆的另一端分别与换能器连接，将两个换能器分别与超声波发生器电连接，对两个变幅杆均施加一个压力，在车削过程中通过该压力使变幅杆始终与车刀刀杆接触，启动两个超声波发生器，使换能器将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆将换能器的超声频机械振动放大后传递给车刀，使两个变幅杆的振动相位相差180°，上下两个变幅杆对车刀刀杆交替产生振动，实现对工件的超声波车削。

换能器可以为磁滞伸缩换能器，也可以为压电陶瓷换能器。

所述压力可通过弹簧、液压机构或气动机构施加。

本发明中变幅杆与车刀刀杆不是固定在一起的，而是在超声波振动车削过程中，通过一个外压力使变幅杆与车刀刀杆伸出刀架后面的部位始终接触，无论车削参数（如线速度、切削深度、进给量等）发生怎样的变化，都不会直接对超声波能量的稳定输出产生影响，而稳定的超声波能量输出又使车刀刀杆得到稳定的振动力，保证了车刀刀尖的振动稳定，两个变幅杆交替对车刀刀杆产生冲击振动，实现了对车刀刀杆的全波冲击振动,保证了车刀刀尖的连续较大的振动幅度，从而保证了超声波振动车削的效果，使超声波振动车削真正得到工业化应用。

附图说明

图1是现有弯曲振动超声车削的原理示意图。

图2是现有纵向振动-弯曲振动超声车削的原理示意图。

图3是本发明中变幅杆作用于车刀上面的原理示意图。

图中：1、车刀，2、变幅杆，3、换能器，4、刀架，5、螺栓，6、工件，7、压块，8、保护套，9、上变幅杆，10、上换能器，11、下变幅杆，12、下换能器。

具体实施方式

如图3所示，本发明的超声波前置双向振动车削方法是在车刀1的伸出安装车刀的刀架4的后部上下设置两个变幅杆即上变幅杆9和下变幅杆11，上变幅杆9和下变幅杆11与车刀1的刀杆均是分开的，只是接触，不连为一体。上变幅杆9和下变幅杆11的另一端分别与上换能器10和下换能器12连接，将上换能器10和下换能器12两个换能器分别与一个外部超声波发生器电连接。对上变幅杆9和下变幅杆11两个变幅杆均施加一个压力，该压力施加在变幅杆上，该压力可通过弹簧、液压机构或气动机构施加。在车削过程中通过压力使上变幅杆9和下变幅杆11始终与车刀刀杆接触。启动两个超声波发生器，使上换能器10和下换能器12将电振荡信号转换成超声频机械振动，同时使上变幅杆9和下变幅杆11两个变幅杆的振动相位相差180°，上变幅杆9和下变幅杆11分别将上换能器10和下换能器12的超声频机械振动放大后传递给车刀1，上下两个变幅杆对车刀刀杆交替产生振动，使车刀刀尖保持较大的连续的振动幅度，在稳定的振动力下实现对工件的超声波车削。

Claims (1)

1.一种超声波后置双向振动车削方法，其特征是：

将两个变幅杆的一端上下作用在车刀的伸出安装车刀的刀架之外的后部，两个变幅杆与车刀的刀杆不是紧固连接而只是接触，两个变幅杆的另一端分别与换能器连接，将两个换能器分别与超声波发生器电连接，对两个变幅杆均施加一个压力，在车削过程中通过该压力使变幅杆始终与车刀刀杆接触，启动两个超声波发生器，使换能器将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆将换能器的超声频机械振动放大后传递给车刀，使两个变幅杆的振动相位相差180°，上下两个变幅杆对车刀刀杆交替产生振动，实现对工件的超声波车削。

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