CN109158622A - 一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，包括超声振动系统、专用夹具、普通车床，普通车床通过专用夹具与超声振动系统连接，专用夹具包括底座、固定设置在底座上的连接板、设置在连接板上的刀架及支撑架，超声振动系统包括设置在刀架上的刀杆、设置在刀杆一端的用于工件切削的刀片、使刀片获得一定振幅的超声振动机构，超声振动机构通过内法兰盘和外法兰盘与支撑架连接，底座通过紧固螺栓与普通车床的溜板连接。本发明克服传统车削技术的不足，有效改善加工质量，提高加工效率，并具有结构安装方便，拆卸简单容易，经济成本低等特点。

Description

一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置。

背景技术

从加工质量、金属去除量、生产率及设备使用率考虑，车削加工仍然是应用相对较广泛，且经济实用的一种机械加工方式。然而，随着各种精密仪器、零件等的广泛使用，其加工精度与加工质量的要求越来越高，与此同时，在机械制造领域，各种难加工材料被日益广泛地使用以及车削加工数量的增多，使得车削加工的难度不断提高。对于传统的车削工艺，由于在车削过程中通常伴随着切削力大、排屑困难、刀具磨损严重等问题，使得加工质量变差、加工效率降低、加工成本增高。传统车削存在着很大的局限性，超声振动车削加工技术作为一种新型特种加工方法为难加工材料的高质量、高效加工提供了新途径。

虽然国内外已经制造出用于超声振动加工的专用机床，但是这类专用机床存在着应用范围小，制造成本高以及通用性差等不足，在实际生产加工中不利于普及。鉴于以上原因，本发明将超声波振动装置安装到普通机床上来满足实际生产中的振动切削要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，适应现实需要，本发明提供一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，该装置尤其适合加工难加工材料，克服传统车削技术的不足，有效改善加工质量，提高加工效率，并具有结构安装方便，拆卸简单容易，经济成本低等特点。

本发明通过以下技术方案加以实现：

所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，包括超声振动系统、专用夹具、普通车床，所述普通车床通过其上设置的专用夹具与超声振动系统连接，其特征在于所述专用夹具包括底座、固定设置在底座上的连接板、设置在连接板上的刀架及支撑架，所述超声振动系统包括设置在刀架上的刀杆、设置在刀杆一端的用于工件切削的刀片、使刀片获得一定振幅的超声振动机构，所述超声振动机构通过内法兰盘和外法兰盘与支撑架连接，所述底座通过紧固螺栓与普通车床的溜板连接。

所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述支撑架包括支撑竖板、固定设置于支撑竖板前后两侧的前支撑肋板和后支撑肋板、上固定压板、下固定压板，所述支撑竖板与刀架固定连接，所述前支撑肋板和下固定压板通过短内六角螺钉连接在一起，所述下固定压板和上固定压板通过长内六角螺钉连接，各长内六角螺钉围成的空间用于固定外法兰盘。

所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述超声振动机构包括超声变幅杆、超声换能器，超声变幅杆的小端加工有螺纹孔，在刀杆靠近刀片的位移节点处加工有通孔，所述螺纹孔与通孔之间通过专用螺杆连接，将超声变幅杆与刀杆紧固为一体；所述超声换能器通过内置的双头螺柱与超声变幅杆的大端连接；所述内法兰盘设置在超声变幅杆的位移节点即节面处，并通过外法兰盘将超声变幅杆和专用夹具固定在一起。

所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述刀架上设置有用于刀杆高度微调的微调预紧螺栓。

所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述刀片的刀尖高度低于工件旋转中心一个振幅值。

所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述超声变幅杆和超声换能器的中心轴线与专用夹具水平面垂直。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1）本发明适应性广，可加工多种难加工材料，且能有效地提高加工过程的稳定性，有效消除颤振，显著降低污染，降低经济成本；

2）本发明适用于在中低速的情况下进行半精加工或精加工，加工质量好，加工效率高，可以降低表面粗糙度和切削力，获得较好的已加工表面形貌和切屑形态；

3）本发明可得到平整、均匀的松螺旋卷屑，卷曲半径相对较大且扭曲变形小，与普通车削相比不仅切屑边缘锯齿状毛刺现象得到明显改善，而且切屑表面的各样缺陷也得到很好的控制，同时在加工中断屑效果也相对较理想，有助于获得更好的加工效果。

4）本发明对刀具磨损有明显抑制作用，可减轻刀具磨损程度，提高刀具使用寿命，与普通车削相比后刀面磨损量以及前后刀面的磨损程度显著降低。

附图说明

图1为本发明的基于普通车床的纵向超声振动车削装置的结构示意图；

图2为图1所示的纵向超声振动车削装置与普通车床整体装配示意图；

图3为图1所示的纵向超声振动车削装置中超声变幅杆与刀具系统连接示意图；

图4为图1所示的纵向超声振动车削装置中超声变幅杆与超声换能器连接示意图；

图5为图1所示的纵向超声振动车削装置中专用夹具的结构示意图；

图中，1-底座，2-连接板，3-刀架，4-刀杆，5-微调预紧螺栓，6-支撑竖板，7-下固定压板，8-上固定压板，9-超声变幅杆，10-超声换能器，11-紧固螺栓，12-后支撑肋板，13-专用螺杆，14-刀片，15-前支撑肋板，16-短内六角螺钉，17-外法兰盘，18-长内六角螺钉，19-机床主轴，20-机床溜板，21-工件，22-内法兰盘，23-法兰螺丝。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步详细说明，并给出具体实施方式。

如图1-5所示，本发明一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，包括超声振动系统、专用夹具、普通车床，将超声振动系统和普通车床通过专用夹具连接到一起。

超声振动系统是超声加工的核心和关键，它能使刀片获得一定振幅的超声振动作用于工件，从而实现超声振动车削加工，超声振动系统包括刀杆4，超声变幅杆9，超声换能器10，专用螺杆13，刀片14，外法兰盘17，内法兰盘22，法兰螺丝23。

刀杆4与超声变幅杆9的连接使用螺纹连接的方法，在超声变幅杆9的小端加工出螺纹孔，在刀杆4靠近刀片14的位移节点处加工出通孔，并通过专用螺杆13将超声变幅杆9与刀杆4紧固为一体，从而使刀尖处获得最大的超声振幅。超声换能器10通过双头螺柱与超声变幅杆9的大端连接，在超声变幅杆9的位移节点即节面处设有内法兰盘22，并通过外法兰盘17将超声变幅杆9和专用夹具固定在一起，实现超声振动系统与机床的有效连接，使其尽量减少与外界的声祸合，从而最大可能的减小机械耗损。

专用夹具包括底座1，连接板2，刀架3，微调预紧螺栓5，支撑竖板6，下固定压板7，上固定压板8，紧固螺栓11，后支撑肋板12，前支撑肋板15，短内六角螺钉16，长内六角螺钉18。整个专用夹具通过底座1与机床溜板20相连，刀架3通过连接板2与底座1连接，通过支撑竖板6将前支撑肋板15与后支撑肋板12连接到一起并固定于刀架3上；前支撑肋板15和下固定压板7通过短内六角螺钉16连接在一起，下固定压板7和上固定压板8用长内六角螺钉18相连，用于固定外法兰盘17；刀杆4放于刀架3之内，并利用微调预紧螺栓5固定，同时可利用微调预紧螺栓5微调刀杆4的高度，保证刀片14的刀尖高度低于工件21旋转中心即机床主轴19旋转中心一个振幅值，这样就可以实现当对刀片14施加超声振动时刀尖正好处于工件21的旋转中心处。

对于超声振动车削装置的整体安装，首先应安装专用夹具和刀杆4，为避免刀片受力不均刀杆4必须垂直安装。然后依次安装超声变幅杆9和超声换能器10。本发明属于是纵向超声振动系统，刀片14的高频振动方向与主切削力方向一致，因此安装中应保证超声变幅杆9和超声换能器10的中心轴线与专用夹具水平面即车床水平面垂直。最后连接好超声发生器（未图示）和超声换能器的信号线，并调整好超声振幅后便可进行超声振动车削加工。

为了便于调整刀片14刀尖的高度，采用类似于压块固定的方式来固定刀杆4，并采用薄垫片来辅助微调。在将刀片14刀尖的高度调整好之后，利用微调预紧螺栓5将刀杆4进行固定，以提高整个超声振动车削加工系统的刚度，有助于改善超声振动车削的加工效果。

专用夹具主要包括底座部分、夹具主体部分和固定压板部分。专用夹具通过底座部分与机床溜板相连，通过固定压板部分固定法兰盘以使其与超声振动系统相连。另外，再通过夹具主体部分将超声振动系统、车床以及专用夹具紧密的固定到一起。专用夹具可以很好的将超声振动系统紧固到机床上，以满足振动加工的需求。

本发明使用过程，本发明技术方案结合了超声波理论与切削加工理论，在CA6140型普通车床上实现不同材料工件的超声振动车削加工，通过给刀具在纵向上施加高频、小振幅的超声振动来改善加工效果，在加工过程中刀具与工件之间的接触是断续的，属于断续加工。

针对不同工件材料的特点使用不同型号的刀片，在加工304奥氏体不锈钢和5A06铝镁合金时使用CCMT120404-HM YBM251型硬质合金TiC-Al₂O₃-TiN涂层刀具，在加工GH4169镍基高温合金时使用肯纳CCMT120408LF-KC5010型硬质合金PVD-TiAlN涂层刀具。

超声振动车削装置首先借助超声发生器转换220 V或380 V的交流电为20 kHz超声频率的电振荡信号，然后利用超声换能器形成20 kHz同频率的机械振动，但输出振幅只有4-10μm，之后再利用超声变幅杆放大该振动的振幅，使其在刀片的端部产生适合超声振动车削加工的机械振动幅值10-30μm，并作用于工件表面，最后结合CA6140型普通车床的旋转及进给运动来实现超声振动车削加工。

Claims (6)

1.一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，包括超声振动系统、专用夹具、普通车床，所述普通车床通过其上设置的专用夹具与超声振动系统连接，其特征在于所述专用夹具包括底座（1）、固定设置在底座（1）上的连接板（2）、设置在连接板（2）上的刀架（3）及支撑架，所述超声振动系统包括设置在刀架（3）上的刀杆（4）、设置在刀杆（4）一端的用于工件（21）切削的刀片（14）、使刀片（14）获得一定振幅的超声振动机构，所述超声振动机构通过内法兰盘（22）和外法兰盘（17）与支撑架连接，所述底座（1）通过紧固螺栓（11）与普通车床的溜板（20）连接。

2.如权利要求1所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述支撑架包括支撑竖板（6）、固定设置于支撑竖板（6）前后两侧的前支撑肋板（15）和后支撑肋板（12）、上固定压板（8）、下固定压板（7），所述支撑竖板（6）与刀架（3）固定连接，所述前支撑肋板（15）和下固定压板（7）通过短内六角螺钉（16）连接在一起，所述下固定压板（7）和上固定压板（8）通过长内六角螺钉（18）连接，各长内六角螺钉（18）围成的空间用于固定外法兰盘（17）。

3.如权利要求1所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述超声振动机构包括超声变幅杆（9）、超声换能器（10），超声变幅杆（9）的小端加工有螺纹孔，在刀杆（4）靠近刀片（14）的位移节点处加工有通孔，所述螺纹孔与通孔之间通过专用螺杆（13）连接，将超声变幅杆（9）与刀杆（4）紧固为一体；所述超声换能器（10）通过内置的双头螺柱与超声变幅杆（9）的大端连接；所述内法兰盘（22）设置在超声变幅杆（9）的位移节点即节面处，并通过外法兰盘（17）将超声变幅杆（9）和专用夹具固定在一起。

4.如权利要求1所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述刀架（3）上设置有用于刀杆（4）高度微调的微调预紧螺栓（5）。

5.如权利要求1所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述刀片（14）的刀尖高度低于工件（21）旋转中心一个振幅值。

6.如权利要求3所述的一种基于普通车床的纵向超声振动车削装置，其特征在于所述超声变幅杆（9）和超声换能器（10）的中心轴线与专用夹具水平面垂直。