CN109174596A - 新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法及装置 - Google Patents

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高国富
王晓博
赵重阳
王毅
贾晓凤
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    • 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
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    • B06B1/0607—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 using multiple elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B3/00—General-purpose turning-machines or devices, e.g. centre lathes with feed rod and lead screw; Sets of turning-machines

Abstract

本发明公开了一种新型纵‑扭复合的超声椭圆振动车削方法及装置，其变幅器整体呈T字形，其水平方向的一端设为小端，另一端设为第一大端，其竖直方向设为第二大端，所述第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，所述变幅器整体尺寸按照“半波长”规律设计，所述发射端的外端部中心设置刀具，两组压电陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，两列波在交汇处相遇叠加，产生纵‑扭复合振动。本发明采用一体式T字形结构设计，简化了换能器与变幅器之间的连接结构，并直接使相互垂直的一组振动直接叠加产生纵‑扭复合振动，大幅增加了发射端输出振幅，同时提高了纵‑扭分量比。

Description

新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法及装置
技术领域：
本发明涉及一种超声振动加工设备，特别是涉及一种新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法及装置。
背景技术：
纵-扭复合超声加工技术从诞生以来一直因为对硬脆材料良好的加工效果而受到广泛关注，应用范围不断扩大。但是常见的变幅器多采用换能器与变幅杆分体式设计，换能器与变幅器之间通过螺栓连接，超声振动在传递的过程中会有较大的损失，不能在发射端获得理想的振幅。从而影响实际的加工效果，阻碍了超声加工技术的进一步推广。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、减小占用空间、纵-扭复合振动效果好且有效提高发射端输出纵-扭分量比的新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法及装置。
本发明的技术方案是：
一种新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法，包括以下步骤：
a、将变幅器设计为T字形，其水平方向的一端设为小端，另一端设为第一大端，其竖直方向设为第二大端，在第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，变幅器的结构尺寸满足“半波长”设计要求；
b、将所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具，两组压电陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，两列波在交汇处相遇叠加，产生纵-扭复合振动；
c、根据加工要求不同，分别控制两组输入压电陶瓷片的激励信号，从而控制以纵振或者纵-扭复合振动状态工作。
第二大端的参数包括距第一大端的水平距离、高度、直径，通过调整上述参数得到最佳纵-扭分量比。变幅器的前端结构是锥形、柱形或悬链线形；根据加工需要，刀具为车刀或镗刀；变幅器通过固定板设置在机床上。
一种新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置，包括反射端、压电陶瓷片、铜电极和变幅器，所述变幅器整体呈T字形，其水平方向的一端设为小端，另一端设为第一大端，其竖直方向设为第二大端，所述第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，所述变幅器整体尺寸按照“半波长”规律设计，所述发射端的外端部中心设置刀具，两组压电陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，两列波在交汇处相遇叠加，产生纵-扭复合振动。
所述第一大端和第二大端的端面上分别设置一个法兰盘，并且，所述第一大端和第二大端的端面中心设置有螺纹孔，两组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极分别通过连接螺栓串接在一起，并且，所述连接螺栓的内端与所述螺纹孔旋合连接。
每组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极中包括四个压电陶瓷片和四个铜电极，二者间隔交错分布，相邻所述压电陶瓷片纵向极化方向相反，所述压电陶瓷片净化后采用专业粘合剂粘合，并进行老化处理；各接触面、圆周面进行精磨，达到粗糙度及跳动要求。
所述变幅器的中部为固定架，所述固定架的侧面上设置有固定板，所述固定板上间隔设置有安装孔。所述变幅器的小端截面形状根据不同使用场景为圆形或者矩形，所述刀具为车刀或镗刀。
所述压电陶瓷片预应力为3000-3500N/cm2，根据压电陶瓷片的面积和连接螺栓的横截面积计算预紧力，并通过测力矩扳手施加预紧力，进一步保证接触面间紧密贴合。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用一体式T字形结构设计，简化了换能器与变幅器之间的连接结构，并直接使相互垂直的一组振动直接叠加产生纵-扭复合振动，大幅增加了发射端输出振幅，同时提高了纵-扭分量比。
2、本发明对换能器部分进行一体式设计，在保证良好的模态叠加效果的情况下可减少超声波传递、叠加过程中的损失，确保在发射端获得理想的振幅。
3、本发明变幅器通过法兰与固定架连接，固定架的固定板上设有螺栓孔可以方便与机床连接。
4、本发明设计合理，采用T字形结构的变幅器设计，两列波在交汇处相遇叠加，可以获得纵-扭复合振动，扩大了超声加工系统的适用范围，易于推广实施，具有良好的经济效益。
附图说明：
图1为新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置的结构示意图之一；
图2为图1中变幅器的局部剖视结构示意图；
图3为新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置的结构示意图之二；
图4为新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置的结构示意图之三；
图5为图4所示新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置的右视图。
具体实施方式：
实施例：参见图1-图5，图中，1-连接螺栓，2-反射端，3-铜电极，4-压电陶瓷片，5-法兰盘，6-固定螺栓孔，7-固定架，8-变幅器，9-车刀固定螺栓，10-车刀，11-固定板，12-第一内螺纹孔，13-第一大端，14-第二大端，15-第二内螺纹孔，16-镗刀，17-镗刀固定螺栓，18-矩形截面变幅器。
新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法及装置，其技术方案是：包括反射端2、压电陶瓷片4、铜电极3和变幅器8，车刀10等部分。所述变幅器8整体呈T字形，其中小端为发射端，两个大端端面中与小端端面平行的大端为第一大端13，另一个端面与小端垂直的大端称为第二大端14。变幅器8截面形状根据不同使用场景可以为圆形或者矩形，变幅器8整体尺寸按照“半波长”规律设计。法兰盘5位置设计在两个大端，法兰盘5上设有固定螺栓孔6通过螺栓与固定架7相连接。
在两个大端处分别利用连接螺栓1将所述反射端2、压电陶瓷片4、铜电极3及变幅器8连接在一起。相邻所述压电陶瓷片4纵向极化方向相反，所述压电陶瓷片4净化后采用专用粘合剂粘合，并进行老化处理；各接触面、圆周面进行精磨，达到粗糙度及跳动要求。工作时，两组压电陶瓷片4分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，经变幅器8的T字形结构将两组振动叠加产生纵-扭复合振动。
车刀10装在发射端中心处（图1所示），以便在刀尖处获得较大的纵-扭复合振动。根据加工需要可以将车刀10替换为镗刀17（图3所示），用于超声镗孔。
变幅器8前端结构可以是锥形、柱形、悬链线形等多种形式。第二大端14的参数包括距第一大端13水平距离、高度、直径等，通过调整上述参数可以得到最佳纵-扭分量比。小端的截面为圆形，或为矩形（图4和图5所示）。
压电陶瓷片4预应力为3000-3500N/cm2，根据压电陶瓷片4的面积和连接螺栓1的横截面积计算预紧力，并通过测力矩扳手施加预紧力，进一步保证接触面间紧密贴合。
本装置工作时，根据加工要求不同，可以分别控制两组输入压电陶瓷片4的激励信号，从而控制以纵振或者纵-扭复合振动状态工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法，包括以下步骤：
a、将变幅器设计为T字形，其水平方向的一端设为小端，另一端设为第一大端，其竖直方向设为第二大端，在第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，变幅器的结构尺寸满足“半波长”设计要求；
b、将所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具，两组压电陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，两列波在交汇处相遇叠加，产生纵-扭复合振动；
c、根据加工要求不同，分别控制两组输入压电陶瓷片的激励信号，从而控制以纵振或者纵-扭复合振动状态工作。
2.根据权利要求1所述的新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法，其特征是：第二大端的参数包括距第一大端的水平距离、高度、直径，通过调整上述参数得到最佳纵-扭分量比。
3.根据权利要求1所述的新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削方法，其特征是：变幅器的前端结构是锥形、柱形或悬链线形；根据加工需要，刀具为车刀或镗刀；变幅器通过固定板设置在机床上。
4.一种新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置，包括反射端、压电陶瓷片、铜电极和变幅器，其特征是：所述变幅器整体呈T字形，其水平方向的一端设为小端，另一端设为第一大端，其竖直方向设为第二大端，所述第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，所述变幅器整体尺寸按照“半波长”规律设计，所述发射端的外端部中心设置刀具，两组压电陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，两列波在交汇处相遇叠加，产生纵-扭复合振动。
5.根据权利要求4所述的孔式模态叠加式纵-扭复合超声振动加工装置，其特征是：所述第一大端和第二大端的端面上分别设置一个法兰盘，并且，所述第一大端和第二大端的端面中心设置有螺纹孔，两组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极分别通过连接螺栓串接在一起，并且，所述连接螺栓的内端与所述螺纹孔旋合连接。
6.根据权利要求5所述的新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置，其特征是：每组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极中包括四个压电陶瓷片和四个铜电极，二者间隔交错分布，相邻所述压电陶瓷片纵向极化方向相反，所述压电陶瓷片净化后采用专业粘合剂粘合，并进行老化处理；各接触面、圆周面进行精磨，达到粗糙度及跳动要求。
7.根据权利要求4所述的新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置，其特征是：所述变幅器的中部为固定架，所述固定架的侧面上设置有固定板，所述固定板上间隔设置有安装孔。
8.根据权利要求4所述的新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置，其特征是：所述变幅器的小端截面形状根据不同使用场景为圆形或者矩形，所述刀具为车刀或镗刀。
9.根据权利要求4所述的新型纵-扭复合的超声椭圆振动车削装置，其特征是：所述压电陶瓷片预应力为3000-3500N/cm2，根据压电陶瓷片的面积和连接螺栓的横截面积计算预紧力，并通过测力矩扳手施加预紧力，进一步保证接触面间紧密贴合。
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