CN103406713B - 用于孔槽表面超声波加工的体振动方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于孔槽表面超声波加工的体振动方法及装置，该方法是使带有孔槽的金属工件转动，将横向体振动变幅杆和工具头伸入金属工件的孔槽内沿孔槽轴向作直线进给运动，工具头既作进给运动，又在金属工件的带动下作自旋转运动，横向体振动变幅杆在横向体振动换能器的作用下产生横向体振动，带动工具头对孔槽侧面进行高频振动；该装置包括工具头、横向体振动变幅杆、横向体振动换能器和外壳。本发明改变了现有沟槽侧面超声波加工时的纵向振动，通过横向体振动换能器使变幅杆产生横向体振动，避免了纵向振动变幅杆以及现有超声波金属表面加工刀具无法加工尺寸较小的内孔或槽的现象，操作简单可靠，加工效果好。

Description

用于孔槽表面超声波加工的体振动方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于对金属工件上的孔槽表面进行超声波加工的方法和装置，属于金属表面超声波加工技术领域。

背景技术

超声波已经广泛应用于金属工件表面加工，以降低工件表面的粗糙度值。对金属工件表面的超声波加工通常由安装在机床上的超声波加工装置完成，超声波加工装置要与超声波发生器通过电线连接。如中国专利文献CN1690231公开的《超声波金属表面加工装置》，该装置包括超声波发生器和超声波加工装置，超声波加工装置则包括外壳、压电陶瓷换能器、半波长复合变幅杆和工具头，压电陶瓷换能器设置在外壳之中，并与半波长复合变幅杆的一端连接，半波长复合变幅杆的输出端与工具头连接，工具头也称作刀头，其结构可以根据应用场合和工件的形状而又有多种形式。这种装置中换能器和变幅杆产生的是纵向振动。

对金属工件上沟槽侧面的加工也出现了专门的超声波刀头。CN202129463U公开了一种《用于小孔的超声波加工刀头》，其刀头两端设置有定位轴，加工时刀头转动灵活，加工效果好。但是整个刀头的结构尺寸较大，对金属工件上尺寸较小的槽无法加工，同时也无法加工到槽的根部。

CN202079291U公开了一种《加工沟槽侧面的超声波刀头》，其刀头的前部侧面呈弧形或倒锥形，通过超声波金属表面加工装置上的变幅杆前端与刀头的倒锥形后部接触，使变幅杆的超声波振动传递在刀头上产生侧向振动，完成沟槽侧面的超声波加工。该超声波刀头结构可以将刀头的尺寸设计的较小，可对金属工件上尺寸较小的槽进行超声波加工，但是其超声波能量输出的方向与刀头对工件作用力的方向不一致，呈一角度，这样加工时需要克服刀头与刀具座之间的摩擦力，刀头转动不灵活，加工效率低，效果差。

滚压加工是将高硬度且光滑的滚柱向金属工件表面施加一定压力，与金属工件表面滚压接触，通过使其表面层发生局部微量的塑性变形，改善表面粗糙度，使工件表面的微观不平度碾平，但是滚压工艺也存在以下不足之处：

1.滚压会在工件表面产生硬化层，此层与内部材料有明显的分层现象，易造成表层脱落。

2.滚压工艺难以掌握，由于滚压加工是应用滚柱碾压的加工办法，所以加工前后工件的直径将发生变化(内径将扩展，外径将减小)，直径的变化量与工件的材质、硬度、滚压量有关，处理不当，容易造成废品。

3.由于采用的刚性滚压力较大，对机床传动机构及导轨损伤很大，严重损伤机床精度和寿命。

4.刀具使用寿命短，易损坏，综合使用成本高。

发明内容

本发明针对现有孔槽表面加工技术存在的不足，提供一种结构简单、加工效果好的用于孔槽表面超声波加工的体振动方法，同时提供一种实现该方法的装置。

本发明的用于孔槽表面超声波加工的体振动方法，是：

在横向体振动变幅杆上沿圆周方向分布工具头，将横向体振动变幅杆与横向体振动换能器连接，将横向体振动变幅杆和工具头伸入金属工件的孔槽内，使工具头与金属工件相对运动（可以是金属工件转动而工具头沿孔槽轴向作直线进给运动，或金属工件不动而工具头既转动又沿孔槽轴向作直线进给运动，或金属工件不动而工具头沿孔槽轴向作直线进给运动），横向体振动变幅杆在横向体振动换能器的作用下产生横向体振动，带动工具头对孔槽侧面进行高频振动。

实现上述方法的用于孔槽表面超声波加工的体振动装置，采用以下技术方案：

该装置，包括工具头、横向体振动变幅杆、横向体振动换能器和外壳，横向体振动换能器安装在外壳内，横向体振动变幅杆的一端在外壳内与横向体振动换能器连接，横向体振动变幅杆的另一端伸出外壳，横向体振动变幅杆伸出外壳的部分沿圆周方向分布有工具头。

所述工具头呈滚针状。

所述工具头的前端超出横向体振动变幅杆的前端，以加工到孔槽根部。

所述横向体振动变幅杆通过支撑体安装在外壳上，工具头设置在支撑体上并沿圆周方向分布，每个工具头均与横向体振动变幅杆相接触。

本发明改变了现有沟槽侧面超声波加工时的纵向振动，通过横向体振动换能器使变幅杆产生横向体振动，避免了纵向振动变幅杆以及现有超声波金属表面加工刀具无法加工尺寸较小的内孔或槽的现象，操作简单可靠，加工效果好。

附图说明

图1是本发明用于孔槽表面超声波加工的体振动装置的结构示意图。

图2是图1的俯视放大图。

图中：1、工具头，2、支撑体，3、横向体振动变幅杆，4、外壳，5、横向体振动换能器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的用于孔槽表面超声波加工的体振动装置，包括工具头1、横向体振动变幅杆3、横向体振动换能器5和外壳4。横向体振动换能器5安装在外壳4内。横向体振动变幅杆3通过支撑体2安装在外壳4上，横向体振动变幅杆3的一端与横向体振动换能器5连接，另一端伸出外壳4。如图2所示，各个工具头1可在横向体振动变幅杆3伸出外壳4的部分上沿圆周方向分布，包括直接固定在横向体振动变幅杆3上，或在横向体振动变幅杆3上加工安装孔，将工具头1活动地安装在横向体振动变幅杆3上。工具头1也可以在支撑体2上沿圆周方向均匀分布，并均与横向体振动变幅杆3接触。工具头1可以呈滚针状、球状、椭圆状等各种形状。图2中箭头方向表示能量输出方式。工具头1的前端超出横向体振动变幅杆3或支撑体2的前端，这样可加工到孔槽的根部。

加工时，将横向体振动变幅杆3和工具头1伸入金属工件1的孔槽内，使工具头1与金属工件相对运动，可以是金属工件转动而工具头1沿孔槽轴向作直线进给运动，或金属工件不动而工具头1既转动又沿孔槽轴向作直线进给运动，或金属工件不动而工具头1沿孔槽轴向作直线进给运动。工具头1也可象滚压头那样旋转并进给对内孔进行精整加工。横向体振动变幅杆3在横向体振动换能器5的作用下产生横向体振动，带动工具头对孔槽侧面进行高频振动。这样避免了纵向振动变幅杆以及现有超声波金属表面加工刀具无法加工尺寸较小的内孔或槽的现象，可以加工尺寸较小的槽，与现有内孔滚压刀具相比加工效率高，效果好。

Claims (5)

1.一种用于孔槽表面超声波加工的体振动方法，其特征是：

在横向体振动变幅杆上沿圆周方向分布工具头，将横向体振动变幅杆与横向体振动换能器连接，将横向体振动变幅杆和工具头伸入金属工件的孔槽内，使工具头与金属工件相对运动，横向体振动变幅杆在横向体振动换能器的作用下产生横向体振动，带动工具头对孔槽侧面进行高频振动。

2.一种用于孔槽表面超声波加工的体振动装置，包括工具头、横向体振动变幅杆、横向体振动换能器和外壳，其特征是：横向体振动换能器安装在外壳内，横向体振动变幅杆的一端在外壳内与横向体振动换能器连接，横向体振动变幅杆的另一端伸出外壳，横向体振动变幅杆伸出外壳的部分沿圆周方向分布有工具头。

3.根据权利要求2所述的用于孔槽表面超声波加工的体振动装置，其特征是：所述工具头呈滚针状。

4.根据权利要求2所述的用于孔槽表面超声波加工的体振动装置，其特征是：所述工具头的前端超出横向体振动变幅杆的前端。

5.根据权利要求2所述的用于孔槽表面超声波加工的体振动装置，其特征是：所述横向体振动变幅杆通过支撑体安装在外壳上，工具头设置在支撑体上并沿圆周方向分布，每个工具头均与横向体振动变幅杆相接触。