CN104309003A - 一种复合振动超声铣削主轴 - Google Patents

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杨军
许俊
胡红斐
张永俊
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Abstract

本发明公开了一种复合振动超声铣削主轴，包括铣刀，该铣削主轴包括纵向超声振动装置、横向超声振动装置、套环，所述纵向超声振动装置通过套环与所述横向超声振动装置相连，所述铣刀固定在所述纵向超声振动装置上；通过纵向超声振动和横向超声振动的复合，改变主轴的振动模式，实现二维椭圆振动，在主轴平行移动切除材料的过程中，能够降低甚至消除工具头的径向力，使主轴更加稳定，铣削更加顺畅，提高铣削效率，减少崩边厚度，提高工件尺寸精度、形状精度和表面质量。

Description

一种复合振动超声铣削主轴
技术领域
本发明涉及一种超声铣削主轴，尤其是一种复合两种超声振动的超声振动铣削主轴。
背景技术
随着科学技术的进步和现代工业的发展，硬脆材料(如红外光学晶体、工程陶瓷、光学玻璃、石英、硅晶体等)在航空航天、精密机械、生物医学、电子等行业被广泛应用，它具有良好的热稳定性和耐磨性，但这些优越性能不利于其高效、低成本制造。超声波加工被认为是加工硬脆材料的最佳工艺手段之一，可以加工复杂的三维型腔，而传统的超声波加工需要制作与被加工型腔凹凸相反的工具，工具的制作复杂、磨损严重，加工精度无法保证，并且工具的加工成本高、周期长，加工效率低，严重影响了超声波的广泛应用。
超声波铣削是利用简单形状的工具实现三维复杂型腔的加工，而且工具的制作简单，工具与工件之间的宏观作用力小，工具的损耗可以得到补偿，具有广阔的应用前景。
现有的超声波铣削是利用工具的纵向振动来去除材料，主轴只能实现纵向振动，在主轴平行移动切除材料的过程中，工具头会产生径向力，在边缘部位会发生崩边现象，严重影响了工件尺寸精度、形状精度和表面质量，影响主轴的稳定性，并且切削效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种复合振动超声铣削主轴，其能有效的减小超声铣削加工过程中的崩边厚度，提高工件尺寸精度、形状精度和表面质量。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种复合振动超声铣削主轴，包括铣刀，该铣削主轴包括纵向超声振动装置、横向超声振动装置、套环，所述纵向超声振动装置通过套环与所述横向超声振动装置相连，所述铣刀固定在所述纵向超声振动装置上；通过纵向超声振动和横向超声振动的复合，改变主轴的振动模式，实现二维椭圆振动，在主轴平行移动切除材料的过程中，能够降低甚至消除工具头的径向力，使主轴更加稳定，铣削更加顺畅，提高铣削效率，减少崩边厚度，提高工件尺寸精度、形状精度和表面质量。
作为本发明所述一种复合振动超声铣削主轴的优选实施方式，所述纵向超声振动装置包括变幅杆I、下端盖、支撑座、上端盖、刀柄、超声换能器I；所述铣刀连接在所述变幅杆I的下端，所述变幅杆I上固定连接有所述套环，所述变幅杆I与所述超声换能器I连接，所述超声换能器I固定在所述刀柄上，所述刀柄通过轴承固定在所述支撑座内，所述支撑座的上端连接有所述上端盖，所述支撑座的下端连接有所述下端盖。
作为本发明所述一种复合振动超声铣削主轴的优选实施方式，所述横向超声振动装置包括双头螺柱、变幅杆II、超声换能器II；所述双头螺柱的一端与所述套环螺纹连接，所述双头螺柱的另一端与所述变幅杆II的一端螺纹连接，所述变幅杆II的另一端与所述超声换能器II连接。
作为本发明所述一种复合振动超声铣削主轴的优选实施方式，还包括L型支撑架、固定架；所述L型支撑架的一端通过螺栓连接在所述支撑座上，所述L型支撑架的另一端设置有竖直凸缘，所述竖直凸缘与所述固定架活动连接，所述超声换能器II固定在所述固定架上；L型支撑架与固定架活动连接，通过L型支撑架上的竖直凸缘能够保证固定架在L型支撑架上竖直移动，通过改变横向超声振动的位置，可以使二维椭圆振动的长短轴的比例发生变化，借此改变二维振动的模式，根据加工方式(粗加工、中加工、精加工)、切削深度、主轴的平动速度、工件的材料等因素来调整横向超声振动的位置。
作为本发明所述一种复合振动超声铣削主轴的优选实施方式，还包括锁紧手柄，所述锁紧手柄设置在所述固定架上，所述锁紧手柄用于将所述固定架锁紧在所述L型支撑架上；通过L型支撑架上的竖直凸缘能够保证固定架在L型支撑架上竖直移动，当固定架在L型支撑架上移动到一定位置，通过锁紧手柄将固定架固定。
作为本发明所述一种复合振动超声铣削主轴的优选实施方式，所述超声换能器I通过螺栓固定在所述刀柄上。
作为本发明所述一种复合振动超声铣削主轴的优选实施方式，所述支撑座上具有法兰结构，用来连接在机架上。
作为本发明所述一种复合振动超声铣削主轴的优选实施方式，所述超声换能器II通过螺栓固定在所述固定架上。
另外，本发明还提供了一种使用复合振动超声铣削主轴的超声铣削加工装置。
另外，本发明还提供了一种使用复合振动超声铣削主轴的超声铣削加工方法。在实施超声铣削加工方法时，根据要加工工件的材料、加工方式(粗加工、中加工、精加工)、切削深度、主轴的平动速度等因素来调整横向超声振动的位置，通过L型支撑架上的竖直凸缘能够保证固定架在L型支撑架上竖直移动，当固定架在L型支撑架上移动到一定位置，通过锁紧手柄将固定架固定；通过改变横向超声振动的位置，可以使二维椭圆振动的长短轴的比例发生变化，借此改变二维振动的模式；在对工件的实际加工过程中，根据以上因素，对横向超声振动进行一个动态的调整，进而可以提高铣削效率，减少崩边，提高工件的加工质量。
本发明所述复合振动超声铣削主轴，通过纵向超声振动和横向超声振动的复合，改变主轴的振动模式，实现二维椭圆振动，在主轴平行移动切除材料的过程中，能够降低甚至消除工具头的径向力，使主轴更加稳定，铣削更加顺畅，提高铣削效率，减少崩边厚度，提高工件尺寸精度、形状精度和表面质量。通过改变横向超声振动的位置，可以使二维椭圆振动的长短轴的比例发生变化，借此改变二维振动的模式，根据加工方式(粗加工、中加工、精加工)、切削深度、主轴的平动速度、工件的材料等因素来调整横向超声振动的位置，进而进一步的提高铣削效率，减少崩边，提高工件的加工质量。
附图说明
图1是本发明的一种复合振动超声铣削主轴的结构示意图；
图2是图1中的A-A剖视图。
图中：铣刀1、变幅杆I2、套环3、超声换能器I4、下端盖5、支撑座6、轴承7、上端盖8、刀柄9、L型支撑架10、固定架11、锁紧手柄12、超声换能器II13、变幅杆II14、双头螺柱15。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明一种复合振动超声铣削主轴的一种实施例，如附图1-2所示，一种复合振动超声铣削主轴，包括铣刀1，该铣削主轴包括纵向超声振动装置、横向超声振动装置、套环3，所述纵向超声振动装置通过套环3与所述横向超声振动装置相连，所述铣刀1固定在所述纵向超声振动装置上。
所述纵向超声振动装置包括变幅杆I2、下端盖5、支撑座6、上端盖8、刀柄9、超声换能器I4；所述铣刀1连接在所述变幅杆I2的下端，所述变幅杆I4上连接有所述套环3，所述变幅杆I2与所述超声换能器I4连接，所述超声换能器I4固定在所述刀柄9上，所述刀柄9通过轴承固定在所述支撑座6内，所述支撑座6的上端连接有所述上端盖5，所述支撑座6的下端连接有所述下端盖5；所述超声换能器I2通过螺栓固定在所述刀柄9上。
所述横向超声振动装置包括双头螺柱、变幅杆II14、超声换能器II13；所述双头螺柱的一端与所述套环3螺纹连接，所述双头螺柱的另一端与所述变幅杆II14的一端螺纹连接，所述变幅杆II14的另一端与所述超声换能器II13连接。
所述复合振动超声铣削主轴还包括L型支撑架10、固定架11；所述L型支撑架10的一端通过螺栓连接在所述支撑座6上，所述L型支撑架10的另一端设置有竖直凸缘，所述竖直凸缘与所述固定架11活动连接，所述超声换能器II13固定在所述固定架11上；通过L型支撑架10上的竖直凸缘能够保证固定架11在L型支撑架10上竖直移动；所述支撑座6上具有法兰结构，用来连接在机架上；所述超声换能器II14通过螺栓固定在所述固定架11上。
所述复合振动超声铣削主轴还包括锁紧手柄12，所述锁紧手柄12设置在所述固定架11上，所述锁紧手柄12用于将所述固定架11锁紧在所述L型支撑架10上。通过L型支撑架10上的竖直凸缘能够保证固定架11在L型支撑架10上竖直移动，当固定架11在L型支撑架10上移动到一定位置，通过锁紧手柄12将固定架11固定。通过改变横向超声振动的位置，可以使二维椭圆振动的长短轴的比例发生变化，借此改变二维振动的模式，根据加工方式(粗加工、中加工、精加工)、切削深度、主轴的平动速度、工件的材料等因素来调整横向超声振动的位置。
另外，本发明还提供了一种使用复合振动超声铣削主轴的超声铣削加工装置。
另外，本发明还提供了一种使用复合振动超声铣削主轴的超声铣削加工方法。在实施超声铣削加工方法时，根据要加工工件的材料、加工方式(粗加工、中加工、精加工)、切削深度、主轴的平动速度等因素来调整横向超声振动的位置，通过L型支撑架10上的竖直凸缘能够保证固定架11在L型支撑架10上竖直移动，当固定架11在L型支撑架10上移动到一定位置，通过锁紧手柄12将固定架11固定；通过改变横向超声振动的位置，可以使二维椭圆振动的长短轴的比例发生变化，借此改变二维振动的模式；在对工件的实际加工过程中，根据以上因素，对横向超声振动进行一个动态的调整，进而可以提高铣削效率，减少崩边，提高工件的加工质量。
本发明中使用复合振动超声铣削主轴的超声铣削方法、包括复合振动超声铣削主轴的超声铣削装置、复合振动超声铣削主轴，都是通过纵向超声振动和横向超声振动的复合，改变超声铣削主轴的振动模式，实现超声铣削主轴二维椭圆振动，在超声铣削主轴平行移动切除材料的过程中，横向超声振动装置能够降低甚至消除工具头的径向力，使超声铣削主轴更加稳定，铣削更加顺畅，提高铣削效率，减少崩边厚度，提高工件尺寸精度、形状精度和表面质量。通过改变横向超声振动的位置，可以使二维椭圆振动的长短轴的比例发生变化，借此改变二维振动的模式，根据加工方式(粗加工、中加工、精加工)、切削深度、主轴的平动速度、工件的材料等因素来调整横向超声振动的位置，进而进一步的提高铣削效率，减少崩边，提高工件的加工质量。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种复合振动超声铣削主轴，包括铣刀，其特征在于该铣削主轴包括纵向超声振动装置、横向超声振动装置、套环，所述纵向超声振动装置通过套环与所述横向超声振动装置相连，所述铣刀固定在所述纵向超声振动装置上。
2.如权利要求1所述的复合振动超声铣削主轴，其特征在于，所述纵向超声振动装置包括变幅杆I、下端盖、支撑座、上端盖、刀柄、超声换能器I；所述铣刀连接在所述变幅杆I的下端，所述变幅杆I上固定连接有所述套环，所述变幅杆I与所述超声换能器I连接，所述超声换能器I固定在所述刀柄上，所述刀柄通过轴承固定在所述支撑座内，所述支撑座的上端连接有所述上端盖，所述支撑座的下端连接有所述下端盖。
3.如权利要求1或2所述的复合振动超声铣削主轴，其特征在于，所述横向超声振动装置包括双头螺柱、变幅杆II、超声换能器II；所述双头螺柱的一端与所述套环螺纹连接，所述双头螺柱的另一端与所述变幅杆II的一端螺纹连接，所述变幅杆II的另一端与所述超声换能器II连接。
4.如权利要求3所述的复合超声振动铣削主轴，其特征在于，还包括L型支撑架、固定架；所述L型支撑架的一端通过螺栓连接在所述支撑座上，所述L型支撑架的另一端设置有竖直凸缘，所述竖直凸缘与所述固定架活动连接，所述超声换能器II固定在所述固定架上。
5.如权利要求4所述的复合超声振动铣削主轴，其特征在于，还包括锁紧手柄，所述锁紧手柄设置在所述固定架上，所述锁紧手柄用于将所述固定架锁紧在所述L型支撑架上。
6.如权利要求2所述的复合超声振动铣削主轴，其特征在于，所述超声换能器I通过螺栓固定在所述刀柄上。
7.如权利要求2所述的复合超声振动铣削主轴，其特征在于，所述支撑座上具有法兰结构，用来连接在机架上。
8.如权利要求4所述的复合超声振动铣削主轴，其特征在于，所述超声换能器II通过螺栓固定在所述固定架上。
9.一种超声铣削加工装置，其特征在于包括如权利要求1-8任一所述的复合超声振动铣削主轴。
10.一种超声铣削加工方法，其特征在于使用如权利要求1-8任一所述的复合超声振动铣削主轴。
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