CN109909533A - 一种智能纵扭复合超声铣削装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合超声铣削加工技术领域，公开了一种智能纵扭复合超声铣削装置，包括同轴设置的法兰盘、纵扭变幅杆、刀头以及在法兰盘的两端面分别设有的压电陶瓷片组；其中，压电陶瓷片组包括两块压电陶瓷片，在两块压电陶瓷片之间设有电极片，且在压电陶瓷片组的两端面分别设有绝缘片；纵扭变幅杆设于一侧的压电陶瓷片组的下端，刀头设于纵扭变幅杆的下端；纵扭变幅杆上设有将单一纵向振动转换成纵扭同频复合振动的螺旋槽。本发明实现纵扭复合超声振动铣削，并可以时时智能反馈控制，此结构简单，安装方便，可更换多种刀具，对多种硬脆材料实现超精密加工。

Description

一种智能纵扭复合超声铣削装置

技术领域

本发明涉及复合超声铣削加工技术，特别涉及一种智能纵扭复合超声铣削装置。

背景技术

随着现代科技和工业对材料要求的不断提高，尤其是在航空航天、化工、军事、机械、电子电器以及精密制造领域，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能。但是这些材料往往具有高强度、高硬度、高脆性以及各向异性的等加工难点，使得传统的铣削工艺难以实现高效、高质量的铣削加工。

超声振动切削加工相比传统机械加工，不仅能够降低切削力和切削热效应，还能大幅度降低已加工工件表面粗糙度，提高加工精度，延长刀具使用寿命。尤其超声振动在脆硬材料的超精密加工上展现出的优越性，已受到国内外广泛重视，超声振动加工必将在现代机械加工中发挥更大更广的作用

发明内容

为此，本发明提供了一种智能纵扭复合超声铣削装置，以对难加工的材料及脆硬材料实现超精密钻削铣削加工，其可安装在多种传统机床上，具有结构简单，安装方便，可更换多种刀具，并具有智能反馈控制功能等优点。

本发明的技术方案如下：

一种智能纵扭复合超声铣削装置，包括同轴设置的法兰盘、纵扭变幅杆、刀头以及在所述的法兰盘的两端面分别设有的压电陶瓷片组；其中，

所述的压电陶瓷片组包括两块压电陶瓷片，在两块所述的压电陶瓷片之间设有电极片，且在所述的压电陶瓷片组的两端面分别设有绝缘片；

所述的纵扭变幅杆设于一侧的所述的压电陶瓷片组的下端，所述的刀头设于所述的纵扭变幅杆的下端；

所述的纵扭变幅杆上设有将单一纵向振动转换成纵扭同频复合振动的槽。

在本发明的一实施例，所述的槽为螺旋槽，其等间隙地分布在所述的纵扭变幅杆的外侧，与轴成30°。

在本发明的一实施例，所述的螺旋槽的数量为七个，长*宽*深为10mm*2mm*2mm。

在本发明的一实施例，还包括与刀柄适配的底座，所述的底座设于另一侧的所述的压电陶瓷片组的上端。

在本发明的一实施例，所述的法兰盘的上下端面分别设有螺柱，所述的底座和所述的纵扭变幅杆分别通过所述的螺柱连于所述的法兰盘，成一体式同轴设计。

在本发明的一实施例，所述的压电陶瓷片的上端面与所述的底座的下端面同轴等直径

在本发明的一实施例，所述的法兰盘上设有固定在所述的刀柄的螺栓孔。

在本发明的一实施例，所述的刀头设有安装铣刀的空腔，并由螺母固定。

在本发明的一实施例，所述的刀头的上端面与所述的纵扭变幅杆的下端面同轴等直径。

在本发明的一实施例，所述的纵扭变幅杆的上端面与所述的压电陶瓷片的下端面同轴等直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的一种智能纵扭复合超声铣削装置，解决了换能器在实际工程应用中纵扭节点不重合的问题，实际加工中，机床刀具会有磨损或更换等现象，这些现象都会导致超声铣削系统的固有频率和幅值发生改变，从而影响到加工效率和工件成型质量，因此，本发明法兰盘上方的压电陶瓷片组进行智能反馈控制，时时调整下方的压电陶瓷片组的激励频率，使刀具时刻保持在最大振幅下工作；且本发明可更换多种铣刀，适应多种难加工材料和脆硬材料的钻削和铣削超精密加工，省时省力且加工成型材料表面质量高；相比普通铣削加工，降低了铣削力和铣削温度，减少了刀具磨损，延长了刀具寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的一种智能纵扭复合超声铣削装置的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图1中B-B方向的剖视图；

图5为纵扭变幅杆原理图；

图6为实时调整压电陶瓷激振频率原理图。

图中标记：1-法兰盘、11-螺柱、12-螺栓孔、2-纵扭变幅杆、21-槽(螺旋槽)、3-刀头、31-空腔、4-压电陶瓷片组、41-压电陶瓷片、42-电极片、43-绝缘片、5-底座、6-螺母。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1～4所示，本发明的一实施例公开了一种智能纵扭复合超声铣削装置，其安装在刀柄上，并通过刀柄安装在机床的主轴上，工作时，铣刀安装在刀头上，为了增加本装置的通用性，本装置的刀头可拆卸，更换不同类型的与铣刀适配的刀头，实现对各种难加工材料和脆硬材料的超精密钻削和铣削加工；

其包括同轴设置的法兰盘1、纵扭变幅杆2、刀头3以及在所述的法兰盘1的两端面分别设有的压电陶瓷片组4，即第一压电陶瓷片组4和第二压电陶瓷片组4，所述的第一压电陶瓷片组4设于所述的法兰盘1的下端，所述的第二压电陶瓷片组4设于所述的法兰盘1的上端；可以理解的是，上述对法兰盘1两端设有的压电陶瓷片组分别以“第一”和“第二”命名，只是为了方便本领域技术人员理解本发明，其本身不对技术特征有限定作用。

其中，所述的压电陶瓷片组4包括两块压电陶瓷片41，在两块所述的压电陶瓷片41之间设有电极片42，且在所述的压电陶瓷片组4的两端面分别设有绝缘片43；

所述的纵扭变幅杆2设于所述的第一压电陶瓷片组4的下端，所述的刀头3设于所述的纵扭变幅杆2的下端，

所述的纵扭变幅杆2上设有将单一纵向振动转换成纵扭同频复合振动的槽21。

所述的槽21可设成各种形状，如长方形、矩形、圆形、椭圆形等规则形状，以及不规则形状，其中可选择的一方式，但又不限于此，所述的槽21优选为螺旋槽，其等间隙地分布在所述的纵扭变幅杆2的外侧，与纵扭变幅杆的纵轴成30°。进一步优选，所述的螺旋槽21的数量为七个，长*宽*深为10mm*2mm*2mm。

本发明的铣削装置包含以下三种功能，电声转换功能、智能反馈控制功能和振动放大功能，其中，电声转换功能由第一压电陶瓷片组4提供，智能反馈控制功能由第二压电陶瓷片组4提供，振动放大功能由纵扭变幅杆2提供。

工作时，第一压电陶瓷片组4的电极片42与电源正极连接，为该组的两压电陶瓷片41超声激励供电，压电陶瓷片41由压电效应，将电能转换为机械能，发出声波并传至纵扭变幅杆2。当一列沿圆锥体轴向传播的应力纵波P_i，遇到螺旋槽21螺旋分界面时，会反射产生反射纵波P_r和透射纵波P_t，由于应力波在遇到螺旋面时产生剪切作用，从而会有一部分能量的纵波转换为横波而继续传播，成为反射横波P_s，从而将单一纵向振动转换为纵扭复合振动，如图5所示。其中，在实际加工中，机床刀具会因磨损或更换，导致超声铣削装置的固有频率和幅值发生改变，从而影响加工效率和工件成型质量，为此，本发明的铣削装置的第二压电陶瓷片组4的电极片42与电源负极连接，由逆压电效应，将接受到的声波(机械能)转换为电能，由于第二压电陶瓷片组与第一压电陶瓷片组关于法兰盘中心对称，如图6所示，两个生源产生的超声波频率相同，当振幅相反时，根据波动理论可知，纵扭节点重合且位于对称中心法兰盘位置。因为两组压电陶瓷片组的频率相同，根据逆压电效应，第二压电陶瓷片组的电流与第一压电陶瓷片组的电流时刻相等，因此可输出第二压电陶瓷片组的电流大小及频率，根据压电效应，来反馈控制第一压电陶瓷片组的激振频率，使刀具时刻保持在最大振幅下工作。因此，本发明法兰盘上方的压电陶瓷片组进行智能反馈控制，时时调整下方的压电陶瓷片组的激励频率，使刀具时刻保持在最大振幅下工作。

且，本发明可更换多种铣刀，适应多种难加工材料和脆硬材料的钻削和铣削超精密加工，省时省力且加工成型材料表面质量高；相比普通铣削加工，降低了铣削力和铣削温度，减少了刀具磨损，延长了刀具寿命。

在本发明的又一实施例中，本装置还包括与刀柄(图中未标示)适配的底座5，所述的底座5设于所述的第二组压电陶瓷片组4的上端。

优选，所述的法兰盘1的上下端面分别设有螺柱11，所述的底座5和所述的纵扭变幅杆2分别通过所述的螺柱11连于所述的法兰盘1，成一体式同轴设计。

优选，所述的压电陶瓷片4的上端面与所述的底座5的下端面同轴等直径

优选，所述的法兰盘1上设有固定在所述的刀柄的螺栓孔12，并由刀柄安装在机床的主轴上。

优选，所述的刀头3设有安装铣刀的空腔31，并由螺母6固定。

优选，所述的刀头3的上端面与所述的纵扭变幅杆2的下端面同轴等直径。

优选，所述的纵扭变幅杆2的上端面与所述的压电陶瓷片4的下端面同轴等直径。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，包括同轴设置的法兰盘、纵扭变幅杆、刀头以及在所述的法兰盘的两端面分别设有的压电陶瓷片组；其中，

所述的压电陶瓷片组包括两块压电陶瓷片，在两块所述的压电陶瓷片之间设有电极片，且在所述的压电陶瓷片组的两端面分别设有绝缘片；

所述的纵扭变幅杆设于一侧的所述的压电陶瓷片组的下端，所述的刀头设于所述的纵扭变幅杆的下端；

所述的纵扭变幅杆上设有将单一纵向振动转换成纵扭同频复合振动的槽。

2.根据权利要求1所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的槽为螺旋槽，其等间隙地分布在所述的纵扭变幅杆的外侧，与轴成30°。

3.根据权利要求2所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的螺旋槽的数量为七个，长*宽*深为10mm*2mm*2mm。

4.根据权利要求1所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，还包括与刀柄适配的底座，所述的底座设于另一侧的所述的压电陶瓷片组的上端。

5.根据权利要求4所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的法兰盘的上下端面分别设有螺柱，所述的底座和所述的纵扭变幅杆分别通过所述的螺柱连于所述的法兰盘，成一体式同轴设计。

6.根据权利要求4所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的压电陶瓷片的上端面与所述的底座的下端面同轴等直径。

7.根据权利要求4所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的法兰盘上设有固定在所述的刀柄的螺栓孔。

8.根据权利要求1所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的刀头设有安装铣刀的空腔。

9.根据权利要求1所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的刀头的上端面与所述的纵扭变幅杆的下端面同轴等直径。

10.根据权利要求1所述的智能纵扭复合超声铣削装置，其特征在于，所述的纵扭变幅杆的上端面与所述的压电陶瓷片的下端面同轴等直径。