CN104475836A - 外激振动辅助铣削加工装置 - Google Patents

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction

Abstract

本发明公开了一种外激振动辅助铣削加工装置，其结构包括振动台、机床工作台、四通道信号发生器和四通道功率放大器，振动台安装在机床工作台的表面，振动台的表面固定放置待加工工件，待加工工件的上方是安装在机床主轴上的铣刀；振动台通过信号线与四通道功率放大器连接，四通道功率放大器通过信号线与四通道信号发生器连接。本发明可以改变铣削刀具与工件间的相对运动方式，产生近似脉冲状切削力，有效降低平均切削力，获得更为细碎的切削，提高加工表面质量；大幅度的提高了加工过程中的振动的方向精度，有效的保证了振动加工过程的稳定性和加工精度，可实现单向或双向的振动加工，扩展了加工适用范围，提高了加工效率。

Description

外激振动辅助铣削加工装置
技术领域
本发明涉及切削加工设备领域，具体地说是一种外激振动辅助铣削加工装置。
背景技术
振动辅助切削加工是一种新型的非传统的特种切削加工方法，它是在常规的切削加工方法的基础上，给刀具（或工件）施加适当方向、一定频率和振幅的外激机械振动，以改善其切削功效的复合切削方法。振动辅助切削加工时，由于外激振动的施加，刀具和工件发生间断性的接触， 从而使传统切削模式发生了根本性的变化，得到了许多普通切削无法得到的优良切削效果，如切削力小、切削热降低、工件表面质量高、切屑处理容易、刀具耐用度提高、加工稳定、生产效率高等优点。
车削是振动辅助切削的一个最主要应用领域，很多研究学者对振动车削进行了广泛实验研究，解决了一些难加工材料的加工问题。钻削也是振动辅助切削应用和研究比较广泛的一个领域。现有研究发现振动钻削有助于减小孔的尺寸偏差、减少切屑和刀具前刀面间的摩擦、有助于排屑并能改善加工表面粗糙度。
除了车削、钻削以外，振动辅助加工技术在磨削加工中的应用也有大量研究成果发表。然而，由于铣削加工刀具—工件相对运动较为复杂，外激辅助振动的施加存在困难，振动切削技术在铣削加工设备中的研究少有报道。公开号为：CN202428012U的专利文件公开了一种超声振动辅助铣削表面微造型的装置，该专利公开了超声频率振动在铣削加工技术领域的应用，但该专利公开的技术内容是采用单个振子与被振动体固定连接的方式，只能实现单方向振动，而且振动频率无法调节，这种方式不但加工过程中振动不稳定，振幅不均匀,加工精度也不能保证。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种外激振动辅助铣削加工装置。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，该外激振动辅助铣削加工装置包括振动台、机床工作台、四通道信号发生器和四通道功率放大器， 振动台安装在机床工作台的表面，振动台的表面固定放置待加工工件，待加工工件的上方是安装在机床主轴上的铣刀；振动台通过信号线与四通道功率放大器连接，四通道功率放大器通过信号线与四通道信号发生器连接。
所述的振动台包括底板、横向振动板和纵向振动板，底板通过沉头孔内的螺栓安装在机床工作台上，底板的中心部位开有中字形凹槽，凹槽内设置有横向直线导轨和横向振动板，横向振动板与横向直线导轨滑动连接在一起，横向振动板的横向两侧中心部位分别与横向压电陶瓷振子Ⅰ、横向压电陶瓷振子Ⅱ抵触，横向压电陶瓷振子Ⅰ的左端通过左调整螺栓与底板固定安装在一起，横向压电陶瓷振子Ⅱ的右端通过右调整螺栓与底板固定安装在一起。
所述的横向压电陶瓷振子Ⅰ和横向压电陶瓷振子Ⅱ同轴线并与横向直线导轨平行，并分别通过信号线Ⅰ、信号线Ⅱ与四通道功率放大器连接。
所述的横向振动板的中心部位开有中字形凹槽，凹槽内设置有纵向振动板和纵向直线导轨，纵向振动板和纵向直线导轨滑动连接在一起，纵向振动板的纵向两侧中心部位分别与纵向压电陶瓷振子Ⅲ、纵向压电陶瓷振子Ⅳ抵触，纵向压电陶瓷振子Ⅲ的前端通过前调整螺栓与横向振动板固定安装在一起，纵向压电陶瓷振子Ⅳ的后端通过后调整螺栓与横向振动板固定安装在一起。
所述的纵向压电陶瓷振子Ⅲ和纵向压电陶瓷振子Ⅳ同轴线并与纵向直线导轨平行，并分别通过信号线Ⅲ、信号线Ⅳ与四通道功率放大器连接。
所述的纵向振动板的四角处设置有安装定位待加工工件的螺纹孔。
本发明的外激振动辅助铣削加工装置和现有技术相比，可以改变铣削刀具与工件间的相对运动方式，产生近似脉冲状切削力，有效降低平均切削力，获得更为细碎的切削，提高加工表面质量；大幅度的提高了加工过程中的振动的方向精度，有效的保证了振动辅助铣削加工过程的振动稳定性,保障了加工精度，可实现单向或双向的振动辅助加工，扩展了加工适用范围，提高了加工效率。可通过四通道信号发生器产生不同频率的电信号，实现振动频率的调节，达到特定频率的振动辅助铣削加工的目的。可通过四通道功率放大器控制电信号的强弱，实现振动幅度的调节，达到特定振幅的振动辅助铣削加工的目的。
附图说明
附图1为外激振动辅助铣削加工装置的结构示意图。
附图2为振动台的结构示意图。
图中：1、振动台，2、机床工作台，3、待加工工件，4、铣刀，5、机床主轴，6、四通道信号发生器，7、四通道功率放大器，8、底板，9、横向直线导轨，10、横向振动板，11、横向压电陶瓷振子Ⅰ，12、横向压电陶瓷振子Ⅱ，13、左调整螺栓，14、右调整螺栓，15、纵向直线导轨，16、纵向振动板，17、纵向压电陶瓷振子Ⅲ，18、纵向压电陶瓷振子Ⅳ，19、前调整螺栓，20、后调整螺栓，21、螺纹孔，22、沉头孔，23、信号线Ⅰ，24、信号线Ⅱ，25、信号线Ⅲ，26、信号线Ⅳ。
具体实施方式
实施例1：
该外激振动辅助铣削加工装置包括振动台1、机床工作台2、四通道信号发生器6和四通道功率放大器7， 振动台1安装在机床工作台2的表面，振动台1的表面固定放置待加工工件3，待加工工件3的上方是安装在机床主轴5上的铣刀4；振动台1通过信号线与四通道功率放大器7连接，四通道功率放大器7通过信号线与四通道信号发生器6连接。
所述的振动台1包括底板8、横向振动板10和纵向振动板16，底板8通过沉头孔22内的螺栓安装在机床工作台2上，底板8的中心部位开有中字形凹槽，凹槽内设置有横向直线导轨9和横向振动板10，横向振动板10与横向直线导轨9滑动连接在一起，横向振动板10的横向两侧中心部位分别与横向压电陶瓷振子Ⅰ11、横向压电陶瓷振子Ⅱ12抵触，横向压电陶瓷振子Ⅰ11和横向压电陶瓷振子Ⅱ12同轴线并与横向直线导轨9平行，并分别通过信号线Ⅰ23、信号线Ⅱ24与四通道功率放大器7连接；横向压电陶瓷振子Ⅰ11的左端通过左调整螺栓13与底板8固定安装在一起，横向压电陶瓷振子Ⅱ12的右端通过右调整螺栓14与底板8固定安装在一起。
所述的横向振动板10的中心部位开有中字形凹槽，凹槽内设置有纵向振动板16和纵向直线导轨15，纵向振动板16和纵向直线导轨15滑动连接在一起，纵向振动板16的四角处设置有安装定位待加工工件3的螺纹孔21，纵向振动板16的纵向两侧中心部位分别与纵向压电陶瓷振子Ⅲ17、纵向压电陶瓷振子Ⅳ18抵触，纵向压电陶瓷振子Ⅲ17和纵向压电陶瓷振子Ⅳ18同轴线并与纵向直线导轨15平行，并分别通过信号线Ⅲ25、信号线Ⅳ26与四通道功率放大器7连接，纵向压电陶瓷振子Ⅲ17的前端通过前调整螺栓19与横向振动板10固定安装在一起，纵向压电陶瓷振子Ⅳ18的后端通过后调整螺栓20与横向振动板10固定安装在一起。
上述的横向压电陶瓷振子Ⅰ11、横向压电陶瓷振子Ⅱ12、纵向压电陶瓷振子Ⅲ17、纵向压电陶瓷振子Ⅳ18都是由多层压电陶瓷片叠压组合而成，压电陶瓷片在电路中采用并联形式。
工作时，四通道信号发生器6产生电信号，四通道信号发生器6产生不同频率的电信号，实现振动频率的调节，达到特定频率的振动辅助铣削加工的目的。通过四通道功率放大器7控制电信号的强弱，实现振动幅度的调节，达到特定振幅的振动辅助铣削加工的目的。四通道功率放大器7将电信号放大后，输入振动台1，振动台1接收电信号后，可通过安装于其内部的压电陶瓷振子实现单向/双向机械振动，从而带动待加工工件3进行一维/二维机械振动。铣刀4安装于机床主轴5上，在机床主轴5带动下做旋转运动和进给运动。
使用上述装置在铣削过程中施加超声振动后，铣刀侧刃加工表面粗糙度明显减小。其原因主要体现在以下两个方面：其一、外激振动的施加改变了断屑和槽侧面成形机理。与普通切削时切削层金属沿滑移线发生剪切变形而脱离基体材料不同，由于刀具在切削过程中高频远离工件，切削层金属材料在瞬时切削力和振动产生的瞬时碰撞力作用下，被一点一点“撬”离母体金属材料，因而可形成十分细碎的切屑，并获得更为均匀一致的加工表面。其二、由于外激振动频率远远高于主轴回转频率，在微小的切削区内切削刃往复运动从而对切削层金属产生往复“熨压”作用，并且超声振动频率和主轴回转频率的比值越大“熨压”效果越显著。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (6)

1.外激振动辅助铣削加工装置，其特征在于，包括振动台、机床工作台、四通道信号发生器和四通道功率放大器，振动台安装在机床工作台的表面，振动台的表面固定放置待加工工件，待加工工件的上方是安装在机床主轴上的铣刀；振动台通过信号线与四通道功率放大器连接，四通道功率放大器通过信号线与四通道信号发生器连接。
2.根据权利要求1所述的外激振动辅助铣削加工装置，其特征在于，所述的振动台包括底板、横向振动板和纵向振动板，底板通过沉头孔内的螺栓安装在机床工作台上，底板的中心部位开有中字形凹槽，凹槽内设置有横向直线导轨和横向振动板，横向振动板与横向直线导轨滑动连接在一起，横向振动板的横向两侧中心部位分别与横向压电陶瓷振子Ⅰ、横向压电陶瓷振子Ⅱ抵触，横向压电陶瓷振子Ⅰ的左端通过左调整螺栓与底板固定安装在一起，横向压电陶瓷振子Ⅱ的右端通过右调整螺栓与底板固定安装在一起。
3.根据权利要求2所述的外激振动辅助铣削加工装置，其特征在于，所述的横向压电陶瓷振子Ⅰ和横向压电陶瓷振子Ⅱ同轴线并与横向直线导轨平行，并分别通过信号线Ⅰ、信号线Ⅱ与四通道功率放大器连接。
4.根据权利要求1所述的外激振动辅助铣削加工装置，其特征在于，所述的横向振动板的中心部位开有中字形凹槽，凹槽内设置有纵向振动板和纵向直线导轨，纵向振动板和纵向直线导轨滑动连接在一起，纵向振动板的纵向两侧中心部位分别与纵向压电陶瓷振子Ⅲ、纵向压电陶瓷振子Ⅳ抵触，纵向压电陶瓷振子Ⅲ的前端通过前调整螺栓与横向振动板固定安装在一起，纵向压电陶瓷振子Ⅳ的后端通过后调整螺栓与横向振动板固定安装在一起。
5.根据权利要求5所述的外激振动辅助铣削加工装置，其特征在于，所述的纵向压电陶瓷振子Ⅲ和纵向压电陶瓷振子Ⅳ同轴线并与纵向直线导轨平行，并分别通过信号线Ⅲ、信号线Ⅳ与四通道功率放大器连接。
6.根据权利要求2所述的外激振动辅助铣削加工装置，其特征在于，所述的纵向振动板的四角处设置有安装定位待加工工件的螺纹孔。
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