CN107470687A - 一种径向超声振动辅助切削装置 - Google Patents

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邹平
任利东
何宇
赵海东
康迪
周忠明
毛亮
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C9/00—Details or accessories so far as specially adapted to milling machines or cutter

Abstract

本发明公开一种径向超声振动辅助切削装置，包括：底板一和底板二；将底板一通过前支撑块和后支撑块与底板二固接；底板一上用螺栓固接有垫块，用螺栓还固接有固定块；固定块的凹槽内用紧固螺栓设有横梁；横梁与垫块对应布置在一条中心线上；垫块上具有导轨，滑块在导轨上滑动配合；滑块端部通过双头螺柱固接有盖板；将工件置于滑块上，用盖板定位；横梁上用螺栓固接有前支架，在前支架与横梁形成供变幅杆通过的孔道；横梁上用螺栓固接有后支架，后支架将换能器固定在横梁上；换能器与变幅杆连接，变幅杆端部固接有工件。实现了径向超声振动辅助切削以及加工过程中切削力的测量，且设计方便，易于加工，装拆简便。

Description

一种径向超声振动辅助切削装置
技术领域
本发明属于超声振动加工技术领域，特别是涉及一种径向超声振动辅助切削的装置。
背景技术
随着航空航天、国防、现代医学以及生物工程技术的发展，对小型化、微型化设备和微小尺寸零件的需求越来越多，并且形状精度、尺寸精度和表面质量要求极高，给现有制造技术带来了严峻的挑战，研究和发展精密加工、超精密微细加工和纳米加工技术，已成为现代制造技术的一个重要发展方向。日本学者隈部淳一郎最早阐述勒超声振动切削的机理与应用方位，为振动切削的研究奠定了理论基础。其后，国际学者开展了一系列超声振动加工方向的研究，取得了丰硕的成果。超声振动切削加工与传统切削加工的主要区别在于：超声振动加工将超声波理论与普通切削加工相结合，是通过给刀具或者工件在某一方向上施加高频、小振幅的超声振动来改善加工效果的一种加工方法。其与普通切削加工的加工机理不同，超声振动辅助切削在加工过程中刀具与工件之间是断续接触的，属于断续加工。现阶段的研究多以轴向和扭转方向超声振动切削为主，对进给方向的超声振动辅助切削研究较少。但是，在轴向跟扭转方向的超声振动切削研究中，为了避免超声振动装置在旋转时出现绕线现象，需要集流环或者碳刷给换能器供电，且需要对钻床进行较大的改装，因此结构复杂，造成装置拆装不便，成本较高。本发明专利设计了一种沿进给方向超声振动切削加工系统，无需对传统铣床进行任何改装，简化了结构，节约了成本，而且拆装方便，方便了超声振动切削的进行。
发明内容
为了进一步扩大径向超声振动切削的应用范围以及方便超声振动切削力的测量，本发明在径向超声振动辅助切削系统的基础上引入滑轨工作台并设计了一种切实可行的测力方案。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种径向超声振动辅助切削装置，包括：底板一和底板二；
将底板一通过前支撑块和后支撑块与底板二固接；
底板一上用螺栓固接有垫块，用螺栓还固接有固定块；
固定块的凹槽内用紧固螺栓设有横梁；横梁与垫块对应布置在一条中心线上；
垫块上具有导轨，滑块在导轨上滑动配合；滑块端部通过双头螺柱固接有盖板；将工件置于滑块上，用盖板定位；
横梁上用螺栓固接有前支架，在前支架与横梁形成供变幅杆通过的孔道；横梁上用螺栓固接有后支架，后支架将换能器固定在横梁上；换能器与变幅杆连接，变幅杆端部固接有工件。
底板二通过挡块置于铣床工作台的滑槽内。
在前支撑块与底板二之间设有测力仪。
本发明的有益效果：
1、本发明扩大了超声振动切削的加工范围并成功实现了超声振动切削力的测量，且结构简单、安装方便。
2、本发明在超声振动辅助切削系统的基础上增加了一个滑轨工作台，可以防止切削力过大引起变幅杆的变形，从而影响加工效果。
3、本发明通过增加底板，有效的解决了沿X方向切削力无法传递到测力仪从而无法完成切削力测量的难题。
附图说明
图1为本发明的径向超声振动切削装置的结构示意图；
图2为本发明的径向超声振动切削装置结构简图；
图3为与铣床整体装配图；
图4为滑轨结构简图。
图中，1-垫块，2-导轨，3-滑块，4-工件，5-双头螺柱，6-盖板，7-前支架，8-变幅杆，9-换能器，10-后支架，11-横梁，12-固定块，13-后支撑块，14-底板，15-前支撑块，16-铣床工作台，18-主轴，17-铣刀，19-挡块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1-图3所示，一种径向超声振动辅助切削装置，包括：底板一14和底板二20；
将底板一14通过前支撑块15和后支撑块13与底板二20固接；
底板一14上用螺栓固接有垫块1，用螺栓还固接有固定块12；
固定块12的凹槽内用紧固螺栓设有横梁11；横梁11与垫块1对应布置在一条中心线上；
垫块1上具有导轨2，滑块3在导轨2上滑动配合；滑块3端部通过双头螺柱固接有盖板6；将工件4置于滑块3上，用盖板6定位；
横梁11上用螺栓固接有前支架7，在前支架7与横梁11形成供变幅杆8通过的孔道；横梁11上用螺栓固接有后支架10，后支架10将换能器9固定在横梁11上；换能器9与变幅杆8连接，变幅杆8端部固接有工件4。
底板二20通过挡块19置于铣床工作台16的滑槽内。
在前支撑块15与底板二20之间设有测力仪。
滑轨工作台的引入可防止切削力过大造成变幅杆变形。
滑轨工作台的引入放宽了对所加工工件的限制，扩大了超声振动切削装置的适用范围。
底板的引入使X方向的切削力可以顺利传递到测力仪上，从而完成切削力的测量。
实施例
使用过程：本实验利用武汉第四机床厂生产的ZJK7532A型钻铣床进行径向超声振动辅助切削，实验采用直径为8mm的高速钢直柄立铣刀加工45号钢材料，工件尺寸为30mm*30mm*60mm。首先，通过导线将本发明的换能器与发生器相连，并通过悬臂梁装置将超声振动装置固定在固定块上，通过在进给方向添加一个超声振动和刀具的旋转运动来实现径向超声振动切削加工。
启动超声波发生器后，超声波发生器将20kHz的超声激励信号通过换能器传递给变幅杆8，变幅杆8再将超声激励信号传递给工件4，进而使工件4在进给方向产生20kHz的超声频率振动。此时，由于工件下方有滑块3支撑，因此在切削力作用下不至使变幅杆变形。铣削时，机床主轴18高速旋转，带动刀具17高速旋转，以3um～12um振幅振动的工件随着铣床工作台16向刀具运动，到刀具进入工件后，加工出宽为8mm的槽。工件随机床工作台远离刀具，加工完毕。

Claims (3)

1.一种径向超声振动辅助切削装置，其特征在于，
包括：底板一和底板二；
将底板一通过前支撑块和后支撑块与底板二固接；
底板一上用螺栓固接有垫块，用螺栓还固接有固定块；
固定块的凹槽内用紧固螺栓设有横梁；横梁与垫块对应布置在一条中心线上；
垫块上具有导轨，滑块在导轨上滑动配合；滑块端部通过双头螺柱固接有盖板；将工件置于滑块上，用盖板定位；
横梁上用螺栓固接有前支架，在前支架与横梁形成供变幅杆通过的孔道；横梁上用螺栓固接有后支架，后支架将换能器固定在横梁上；换能器与变幅杆连接，变幅杆端部固接有工件。
2.根据权利要求1所述的一种径向超声振动辅助切削装置，其特征在于，
底板二通过挡块置于铣床工作台的滑槽内。
3.根据权利要求1所述的一种径向超声振动辅助切削装置，其特征在于，
在前支撑块与底板二之间设有测力仪。
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