CN107552812A - 一种车削专用超声振动辅助装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种车削专用超声振动辅助装置及其使用方法，车床主轴箱与车床床身之间、车床顶尖尾座与车床尾座滑台之间及车床刀架上均设有超声振动辅助装置；超声振动辅助装置包括超声波发生器、换能器、变幅杆、振动输出板、振动导向板、电源、励磁线圈及可变电阻器；位于车床刀架上的振动输出板上表面设有刀具安装槽。使用方法步骤为：将超声振动辅助机构分别安装到位，将车削刀具装到刀具安装槽内，启动车床和全部超声波发生器，通过换能器输出同频机械振动，借助变幅杆将振动放大并通过振动输出板将振动输出，按照车削参数完成零件加工；关闭车床和超声波发生器，卸下零件。车削过程中可接通励磁回路，通过可变电阻器调整回路电流，以改变变幅杆振动频率。

Description

一种车削专用超声振动辅助装置及其使用方法

技术领域

本发明属于车削加工技术领域，特别是涉及一种车削专用超声振动辅助装置及其使用方法。

背景技术

目前，在通过车削方式加工零件时，车削刀具将不可避免的因过度磨损而报废，当零件完成车削工序后，通常会消耗掉大量的车削刀具，而车削刀具作为耗材成本也将计入零件的加工成本中，这也无形中提高了零件的制造成本。

诸多加工企业都在想方设法的降低零件的加工成本，而最为迫切想要降低的就是车削刀具的消耗量，从而可以使零件在制造成本上获得优势，但实际效果并不理想，车削刀具的消耗量始终居高不下。

想要降低车削刀具的消耗量，必须从延长车削刀具使用寿命着手，而车削刀具的使用寿命又直接由刀具刃口的磨损速度决定。在理论上，只有降低了刀具刃口在切削时的温度，同时避免切削力长时间作用在刀具刃口上，才有可能真正降低刀具刃口的磨损速度。

而实际情况是，在车削过程中，刀具刃口的磨损直接体现为零件表面加工质量的下降，随着车削的继续，刀具刃口的温度也会越来越高，且作用在刀具刃口的切削力也会越来越大，如果不及时停止切削，很有可能导致崩刃现象的发生，一旦刀具发生崩刃，则宣告刀具报废，只能更换新刀具。就算刀具没有立即发生崩刃，刀具也会因严重磨损而导致零件表面加工质量越来越差，此时仍会强制报废该刀具。也就是说，车削刀具发生直接崩刃或严重磨损时，都会降低刀具的使用寿命。

因此，如果能够在车削过程中有效降低刀具刃口的温度和作用在刀具刃口的切削力，就可使零件表面加工质量和刀具的使用寿命得到显著提升，从而使刀具的消耗量进一步降低，最终才能实现零件制造成本的下降。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种车削专用超声振动辅助装置及其使用方法，可有效降低刀具刃口的温度和作用在刀具刃口的切削力，可使零件表面加工质量和刀具的使用寿命得到显著提升，并且进一步降低刀具的消耗量，从而降低了零件的制造成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种车削专用超声振动辅助装置，包括第一超声振动辅助机构、第二超声振动辅助机构、第三超声振动辅助机构；所述第一超声振动辅助机构设置在车床主轴箱与车床床身之间，且振动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声振动辅助机构设置在车床顶尖尾座与车床尾座滑台之间，且振动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声振动辅助机构设置在车床刀架上，且振动方向平行于车床主轴的轴向中心线。

所述第一超声振动辅助机构包括第一超声波发生器、第一换能器、第一变幅杆、第一振动输出板、第一振动导向板、第一电源、第一励磁线圈及第一可变电阻器；所述第一振动导向板竖直固装在车床床身上，所述第一振动输出板竖直固装在车床主轴箱的外壳上，第一振动输出板与第一振动导向板通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第一振动输出板的滑动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第一超声波发生器及第一换能器固装在车床床身上，所述第一变幅杆固连在第一换能器与第一振动输出板之间，且第一变幅杆垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第一超声波发生器通过导线与第一换能器相连；所述第一励磁线圈缠绕在第一变幅杆上，第一励磁线圈与第一可变电阻器及第一电源构成回路。

所述第二超声振动辅助机构包括第二超声波发生器、第二换能器、第二变幅杆、第二振动输出板、第二振动导向板、第二电源、第二励磁线圈及第二可变电阻器；所述第二振动导向板竖直固装在车床尾座滑台上，所述第二振动输出板竖直固装在车床顶尖尾座的外壳上，第二振动输出板与第二振动导向板通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第二振动输出板的滑动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声波发生器及第二换能器固装在车床尾座滑台上，所述第二变幅杆固连在第二换能器与第二振动输出板之间，且第二变幅杆垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声波发生器通过导线与第二换能器相连；所述第二励磁线圈缠绕在第二变幅杆上，第二励磁线圈与第二可变电阻器及第二电源构成回路。

所述第三超声振动辅助机构包括第三超声波发生器、第三换能器、第三变幅杆、第三振动输出板、第三振动导向板、第三电源、第三励磁线圈及第三可变电阻器；所述第三振动导向板水平固装在车床刀架上，所述第三振动输出板位于第三振动导向板上方，第三振动输出板与第三振动导向板通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第三振动输出板的滑动方向平行于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声波发生器及第三换能器固装在第三振动导向板上，所述第三变幅杆固连在第三换能器与第三振动输出板之间，且第三变幅杆平行于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声波发生器通过导线与第三换能器相连；所述第三励磁线圈缠绕在第三变幅杆上，第三励磁线圈与第三可变电阻器及第三电源构成回路。

在所述第三振动输出板上表面开设有刀具安装槽，车削刀具位于刀具安装槽内，在刀具安装槽上方设置有刀具压紧盖板，刀具压紧盖板与刀具安装槽之间通过刀具压紧螺栓相连，在刀具安装槽侧部安装有刀具调位螺栓。

所述的车削专用超声振动辅助装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将第一超声振动辅助机构安装到车床主轴箱与车床床身之间，将第二超声振动辅助机构安装到车床顶尖尾座与车床尾座滑台之间，将第三超声振动辅助机构安装到车床刀架上；

步骤二：根据零件的实际加工要求选择车削刀具，并将选中的车削刀具固定安装到刀具安装槽内；

步骤三：启动车床、第一超声波发生器、第二超声波发生器及第三超声波发生器，第一超声波发生器输出的高频信号通过第一换能器转化为同频机械振动，再借助第一变幅杆将振动放大并通过第一振动输出板将振动输出给车床主轴箱；第二超声波发生器输出的高频信号通过第二换能器转化为同频机械振动，再借助第二变幅杆将振动放大并通过第二振动输出板将振动输出给车床顶尖尾座；第三超声波发生器输出的高频信号通过第三换能器转化为同频机械振动，再借助第三变幅杆将振动放大并通过第三振动输出板将振动输出给车削刀具；

步骤四：按照车削参数对零件进行车削加工，直至零件完成加工；

步骤五：关闭车床、第一超声波发生器、第二超声波发生器及第三超声波发生器，将加工好的零件卸下；如有需要，更换新零件后，继续对新零件进行超声振动车削加工。

由所述第一变幅杆、第二变幅杆及第三变幅杆输出的超声振动的扭振频率为20kHz，振幅为10微米。

在车削加工过程中，当需要改变振动频率时，只需启动第一电源、第二电源及第三电源，以使各自回路接通，并通过第一励磁线圈、第二励磁线圈及第三励磁线圈分别对第一变幅杆、第二变幅杆及第三变幅杆施加高频电磁力，再通过第一可变电阻器、第二可变电阻器及第三可变电阻器分别调整各自回路内的电流，进而改变高频电磁力的频率，最终改变第一变幅杆、第二变幅杆及第三变幅杆输出的振动频率。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，可有效降低刀具刃口的温度和作用在刀具刃口的切削力，可使零件表面加工质量和刀具的使用寿命得到显著提升，并且进一步降低刀具的消耗量，从而降低了零件的制造成本。

附图说明

图1为本发明的一种车削专用超声振动辅助装置结构示意图；

图2为图1中I部放大图；

图3为图1中II部放大图；

图4为图1中III部放大图；

图中，1—车床主轴箱，2—车床床身，3—车床顶尖尾座，4—车床尾座滑台，5—车床刀架，6—第一超声波发生器，7—第一换能器，8—第一变幅杆，9—第一振动输出板，10—第一振动导向板，11—第一电源，12—第一励磁线圈，13—第一可变电阻器，14—第二超声波发生器，15—第二换能器，16—第二变幅杆，17—第二振动输出板，18—第二振动导向板，19—第二电源，20—第二励磁线圈，21—第二可变电阻器，22—第三超声波发生器，23—第三换能器，24—第三变幅杆，25—第三振动输出板，26—第三振动导向板，27—第三电源，28—第三励磁线圈，29—第三可变电阻器，30—刀具安装槽，31—车削刀具，32—刀具压紧盖板，33—刀具压紧螺栓，34—刀具调位螺栓，35—零件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～4所示，一种车削专用超声振动辅助装置，包括第一超声振动辅助机构、第二超声振动辅助机构、第三超声振动辅助机构；所述第一超声振动辅助机构设置在车床主轴箱1与车床床身2之间，且振动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声振动辅助机构设置在车床顶尖尾座3与车床尾座滑台4之间，且振动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声振动辅助机构设置在车床刀架5上，且振动方向平行于车床主轴的轴向中心线。

所述第一超声振动辅助机构包括第一超声波发生器6、第一换能器7、第一变幅杆8、第一振动输出板9、第一振动导向板10、第一电源11、第一励磁线圈12及第一可变电阻器13；所述第一振动导向板10竖直固装在车床床身2上，所述第一振动输出板9竖直固装在车床主轴箱1的外壳上，第一振动输出板9与第一振动导向板10通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第一振动输出板9的滑动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第一超声波发生器6及第一换能器7固装在车床床身2上，所述第一变幅杆8固连在第一换能器7与第一振动输出板9之间，且第一变幅杆8垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第一超声波发生器6通过导线与第一换能器7相连；所述第一励磁线圈12缠绕在第一变幅杆8上，第一励磁线圈12与第一可变电阻器13及第一电源11构成回路。

所述第二超声振动辅助机构包括第二超声波发生器14、第二换能器15、第二变幅杆16、第二振动输出板17、第二振动导向板18、第二电源19、第二励磁线圈20及第二可变电阻器21；所述第二振动导向板18竖直固装在车床尾座滑台4上，所述第二振动输出板17竖直固装在车床顶尖尾座3的外壳上，第二振动输出板17与第二振动导向板18通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第二振动输出板17的滑动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声波发生器14及第二换能器15固装在车床尾座滑台4上，所述第二变幅杆16固连在第二换能器15与第二振动输出板17之间，且第二变幅杆16垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声波发生器14通过导线与第二换能器15相连；所述第二励磁线圈20缠绕在第二变幅杆16上，第二励磁线圈20与第二可变电阻器21及第二电源19构成回路。

所述第三超声振动辅助机构包括第三超声波发生器22、第三换能器23、第三变幅杆24、第三振动输出板25、第三振动导向板26、第三电源27、第三励磁线圈28及第三可变电阻器29；所述第三振动导向板26水平固装在车床刀架5上，所述第三振动输出板25位于第三振动导向板26上方，第三振动输出板25与第三振动导向板26通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第三振动输出板25的滑动方向平行于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声波发生器22及第三换能器23固装在第三振动导向板26上，所述第三变幅杆24固连在第三换能器23与第三振动输出板25之间，且第三变幅杆24平行于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声波发生器22通过导线与第三换能器23相连；所述第三励磁线圈28缠绕在第三变幅杆24上，第三励磁线圈28与第三可变电阻器29及第三电源27构成回路。

在所述第三振动输出板25上表面开设有刀具安装槽30，车削刀具31位于刀具安装槽30内，在刀具安装槽30上方设置有刀具压紧盖板32，刀具压紧盖板32与刀具安装槽30之间通过刀具压紧螺栓33相连，在刀具安装槽30侧部安装有刀具调位螺栓34。

所述的车削专用超声振动辅助装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将第一超声振动辅助机构安装到车床主轴箱1与车床床身2之间，将第二超声振动辅助机构安装到车床顶尖尾座3与车床尾座滑台4之间，将第三超声振动辅助机构安装到车床刀架5上；

步骤二：根据零件的实际加工要求选择车削刀具31，并将选中的车削刀具31固定安装到刀具安装槽30内；

步骤三：启动车床、第一超声波发生器6、第二超声波发生器14及第三超声波发生器22，第一超声波发生器6输出的高频信号通过第一换能器7转化为同频机械振动，再借助第一变幅杆8将振动放大并通过第一振动输出板9将振动输出给车床主轴箱1；第二超声波发生器14输出的高频信号通过第二换能器15转化为同频机械振动，再借助第二变幅杆16将振动放大并通过第二振动输出板17将振动输出给车床顶尖尾座3；第三超声波发生器22输出的高频信号通过第三换能器23转化为同频机械振动，再借助第三变幅杆24将振动放大并通过第三振动输出板25将振动输出给车削刀具35；由第一变幅杆8、第二变幅杆16及第三变幅杆24输出的超声振动的扭振频率为20kHz，振幅为10微米；

步骤四：按照车削参数对零件35进行车削加工，直至零件35完成加工；在车削加工过程中，当需要改变振动频率时，只需启动第一电源11、第二电源19及第三电源27，以使各自回路接通，并通过第一励磁线圈12、第二励磁线圈20及第三励磁线圈28分别对第一变幅杆8、第二变幅杆16及第三变幅杆24施加高频电磁力，再通过第一可变电阻器13、第二可变电阻器21及第三可变电阻器29分别调整各自回路内的电流，进而改变高频电磁力的频率，最终改变第一变幅杆8、第二变幅杆16及第三变幅杆24输出的振动频率；

步骤五：关闭车床、第一超声波发生器6、第二超声波发生器14及第三超声波发生器22，将加工好的零件35卸下；如有需要，更换新零件后，继续对新零件进行超声振动车削加工。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种车削专用超声振动辅助装置，其特征在于：包括第一超声振动辅助机构、第二超声振动辅助机构、第三超声振动辅助机构；所述第一超声振动辅助机构设置在车床主轴箱与车床床身之间，且振动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声振动辅助机构设置在车床顶尖尾座与车床尾座滑台之间，且振动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声振动辅助机构设置在车床刀架上，且振动方向平行于车床主轴的轴向中心线。

2.根据权利要求1所述的一种车削专用超声振动辅助装置，其特征在于：所述第一超声振动辅助机构包括第一超声波发生器、第一换能器、第一变幅杆、第一振动输出板、第一振动导向板、第一电源、第一励磁线圈及第一可变电阻器；所述第一振动导向板竖直固装在车床床身上，所述第一振动输出板竖直固装在车床主轴箱的外壳上，第一振动输出板与第一振动导向板通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第一振动输出板的滑动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第一超声波发生器及第一换能器固装在车床床身上，所述第一变幅杆固连在第一换能器与第一振动输出板之间，且第一变幅杆垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第一超声波发生器通过导线与第一换能器相连；所述第一励磁线圈缠绕在第一变幅杆上，第一励磁线圈与第一可变电阻器及第一电源构成回路。

3.根据权利要求1所述的一种车削专用超声振动辅助装置，其特征在于：所述第二超声振动辅助机构包括第二超声波发生器、第二换能器、第二变幅杆、第二振动输出板、第二振动导向板、第二电源、第二励磁线圈及第二可变电阻器；所述第二振动导向板竖直固装在车床尾座滑台上，所述第二振动输出板竖直固装在车床顶尖尾座的外壳上，第二振动输出板与第二振动导向板通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第二振动输出板的滑动方向垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声波发生器及第二换能器固装在车床尾座滑台上，所述第二变幅杆固连在第二换能器与第二振动输出板之间，且第二变幅杆垂直于车床主轴的轴向中心线；所述第二超声波发生器通过导线与第二换能器相连；所述第二励磁线圈缠绕在第二变幅杆上，第二励磁线圈与第二可变电阻器及第二电源构成回路。

4.根据权利要求1所述的一种车削专用超声振动辅助装置，其特征在于：所述第三超声振动辅助机构包括第三超声波发生器、第三换能器、第三变幅杆、第三振动输出板、第三振动导向板、第三电源、第三励磁线圈及第三可变电阻器；所述第三振动导向板水平固装在车床刀架上，所述第三振动输出板位于第三振动导向板上方，第三振动输出板与第三振动导向板通过燕尾导向结构滑动连接配合，且第三振动输出板的滑动方向平行于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声波发生器及第三换能器固装在第三振动导向板上，所述第三变幅杆固连在第三换能器与第三振动输出板之间，且第三变幅杆平行于车床主轴的轴向中心线；所述第三超声波发生器通过导线与第三换能器相连；所述第三励磁线圈缠绕在第三变幅杆上，第三励磁线圈与第三可变电阻器及第三电源构成回路。

5.根据权利要求4所述的一种车削专用超声振动辅助装置，其特征在于：在所述第三振动输出板上表面开设有刀具安装槽，车削刀具位于刀具安装槽内，在刀具安装槽上方设置有刀具压紧盖板，刀具压紧盖板与刀具安装槽之间通过刀具压紧螺栓相连，在刀具安装槽侧部安装有刀具调位螺栓。

6.权利要求1所述的车削专用超声振动辅助装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将第一超声振动辅助机构安装到车床主轴箱与车床床身之间，将第二超声振动辅助机构安装到车床顶尖尾座与车床尾座滑台之间，将第三超声振动辅助机构安装到车床刀架上；

步骤二：根据零件的实际加工要求选择车削刀具，并将选中的车削刀具固定安装到刀具安装槽内；

步骤三：启动车床、第一超声波发生器、第二超声波发生器及第三超声波发生器，第一超声波发生器输出的高频信号通过第一换能器转化为同频机械振动，再借助第一变幅杆将振动放大并通过第一振动输出板将振动输出给车床主轴箱；第二超声波发生器输出的高频信号通过第二换能器转化为同频机械振动，再借助第二变幅杆将振动放大并通过第二振动输出板将振动输出给车床顶尖尾座；第三超声波发生器输出的高频信号通过第三换能器转化为同频机械振动，再借助第三变幅杆将振动放大并通过第三振动输出板将振动输出给车削刀具；

步骤四：按照车削参数对零件进行车削加工，直至零件完成加工；

步骤五：关闭车床、第一超声波发生器、第二超声波发生器及第三超声波发生器，将加工好的零件卸下；如有需要，更换新零件后，继续对新零件进行超声振动车削加工。

7.根据权利要求6所述的车削专用超声振动辅助装置的使用方法，其特征在于：由所述第一变幅杆、第二变幅杆及第三变幅杆输出的超声振动的扭振频率为20kHz，振幅为10微米。

8.根据权利要求6所述的车削专用超声振动辅助装置的使用方法，其特征在于：在车削加工过程中，当需要改变振动频率时，只需启动第一电源、第二电源及第三电源，以使各自回路接通，并通过第一励磁线圈、第二励磁线圈及第三励磁线圈分别对第一变幅杆、第二变幅杆及第三变幅杆施加高频电磁力，再通过第一可变电阻器、第二可变电阻器及第三可变电阻器分别调整各自回路内的电流，进而改变高频电磁力的频率，最终改变第一变幅杆、第二变幅杆及第三变幅杆输出的振动频率。