CN110270895A - 一种二维超声振动辅助加工平台 - Google Patents

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Abstract

一种二维超声振动辅助加工平台，包括振动台、测力仪、第一支架、第二支架、第一超声振子和第二超声振子，所述第一支架上安装有第一超声振子，且第一超声振子的变幅杆与振动台的回转台相连，振动台上表面通过螺栓安装有测力仪，所述第一支架与第二支架呈90°设置，第二支架上安装有第二超声振子，且第二超声振子的变幅杆与振动台的振动工作台相连。本发明通过将两组超声振动呈一定角度地分别施加在回转台与振动平台上，其振动轨迹可通过两组超声振子的调整夹角以及超声发生器两信号的相位差进行调整，从而在避免对机床主轴改造的情况下实现对硬脆材料的二维超声辅助加工，提高其加工效率，改善其表面质量，减少刀具磨损。

Description

一种二维超声振动辅助加工平台
技术领域
本发明属于特种加工技术中的超声辅助切削加工技术领域，具体涉及一种二维超声振动辅助加工平台。
背景技术
近年来，超声辅助切削加工因其能有效减小切削力、降低切削热，改善工件表面质量，提高刀具寿命等优点，在解决硬脆材料、非金属材料的车削、铣削、磨削、钻削等问题上得到了广泛的应用以及学者的关注。
目前，超声辅助切削加工的工业应用以一维主轴振动为主，二维主轴振动也已经得到了广泛的研究。但是对机床主轴施加振动需要对机床主轴的改造，而对工件直接施加超声振动的研究及其设备还不成熟。因此提出一种二维超声振动平台以实现工件的椭圆振动。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提出一种二维超声振动辅助加工平台，包括振动台、测力仪、第一支架、第二支架、第一超声振子和第二超声振子，所述第一支架上安装有第一超声振子，且第一超声振子的变幅杆与振动台的回转台相连，振动台上表面通过螺栓安装有测力仪，第二支架上安装有第二超声振子，且第二超声振子的变幅杆与振动台的振动工作台相连。
所述第一支架包括第一短基板，第一短基板两端固定安装有第一安装座，两个第一安装座之间安装有第一超声振子。
所述第二支架包括第二短基板，第二短基板上表面两端固定安装有第二安装座，两个第二安装座之间安装有第二超声振子，第二短基板的下表面通过螺钉固定安装有垫块，垫块的下表面开由减重腔。
所述振动台包括第三基座，第三基座中心设置有圆柱形腔，第三基座顶部通过推力轴承与回转台一端相连，且推力轴承的座圈一端与第三基座圆柱形腔的台阶面配合，轴圈与回转台下端圆柱形腔内壁配合，回转台通过顶部的凸台与滚动轴承内圈配合，滚动轴承外圈与振动工作台的圆柱形腔配合，且回转台和振动工作台通过内六角螺钉连接，振动工作台上表面对称开设有T形槽，每个T形槽内安装有两个T形槽用螺母，振动工作台通过T形槽、T形槽用螺母及螺栓与振动工作台固定相连，所述第三基座的水平板部分沿长度方向对称设置有第一直槽口。
所述测力仪两侧的连接处均对称开设有第二直槽口，所述测力仪的上表面开设有若干螺纹孔。
所述第一超声振子和第二超声振子结构相同，均包括超声换能器和变幅杆，超声换能器的输出端与变幅杆一端相连，第一超声振子中的超声换能器及变幅杆分别通过其上的法兰盘及螺钉与两个第一安装座相连，第二超声振子中的超声换能器及变幅杆分别通过其上的法兰盘及螺钉与两个第二安装座相连。
本发明的有益效果为：
本发明通过将两组超声振动呈一定角度地分别施加在回转台与振动平台上，经测力仪与夹具，最终实现工件的椭圆振动。其振动轨迹可通过两组超声振子的调整夹角以及超声发生器两信号的相位差进行调整，从而在避免对机床主轴改造的情况下实现对硬脆材料的二维超声辅助加工，提高其加工效率，改善其表面质量，减少刀具磨损。使用滚动轴承方便回转台与振动工作台之间的转动，以调整两组超声振子的夹角；使用推力轴承可以隔离回转台与基座之间的振动传递以减小变幅杆负载。
附图说明
图1为二维超声振动辅助加工平台轴测图；
图2为二维超声振动辅助加工平台俯视图；
图3为二维超声振动辅助加工平台A-A的剖视图；
1-振动台，101-第三基座，102-推力轴承，103-回转台，104-滚动轴承，105-振动工作台，106-T形槽，107-T形槽用螺母，108-第一直槽口，2-测力仪，3-第一支架，301-第一短基板，302-第一安装座，4-第二支架，401-第二短基板，402-第二安装座，403-垫块，404-减重腔，5-第一超声振子，6-第二超声振子，7-第二直槽口，8-螺纹孔，9-超声换能器，10-变幅杆，11-法兰盘，12-螺杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图3所示，一种二维超声振动辅助加工平台，包括振动台1、测力仪2、第一支架3、第二支架4、第一超声振子5和第二超声振子6，所述第一支架3上安装有第一超声振子5，且第一超声振子5的变幅杆10与振动台1的回转台103通过螺杆12相连，振动台1上表面通过螺栓安装有测力仪2，通过测力仪2可以反馈切削力，本实施例中所述第一支架3与第二支架4呈90°设置，第二支架4上安装有第二超声振子6，且第二超声振子6的变幅杆10与振动台1的振动工作台105通过螺杆12相连，第一超声振子5和第二超声振子6共用一个超声发生器，本发明二维超声振动辅助加工平台可实现超声辅助磨削、超声辅助铣削的加工以及对切削力的测量，工件及夹具通过螺纹连接固定在工作台上，所述第一超声振子5、第二超声振子6与回转台103、振动工作台105、测力仪2以及夹具的连续整体能够满足频率和振型的设计要求，使整体谐振频率在超声频率附近，相差不大于100Hz，第一超声振子5、第二超声振子6、振动工作台105、回转台103、测力仪2、夹具、工件之间保持紧密接触，接触面涂凡士林作为传递介质。
所述第一支架3包括第一短基板301，第一短基板301两端通过内六角螺钉固定安装有第一安装座302，两个第一安装座302之间安装有第一超声振子5。
所述第二支架4包括第二短基板401，第二短基板401上表面两端通过内六角螺钉固定安装有第二安装座402，两个第二安装座402之间安装有第二超声振子6，第二短基板401的下表面通过螺栓固定安装有垫块403，垫块403的下表面开设有减重腔404。
所述振动台1包括第三基座101，第三基座101中心设置有圆柱形腔，第三基座101顶部通过推力轴承102与回转台103一端相连，且推力轴承102的座圈一端与第三基座101圆柱形腔的台阶面配合，轴圈与回转台103下端圆柱形腔内壁配合，推力轴承102的设置，以削减振动对基座的影响，同时减轻负载的质量，回转台103通过顶部的凸台与滚动轴承104内圈配合，滚动轴承104外圈与振动工作台105的圆柱形腔配合，回转台103上开设有12个螺纹通孔，振动工作台105上开设有12个螺纹盲孔，且回转台103和振动工作台105之间通过，第一超声振子5与第二超声振子6之间的夹角通过松拧振动台1与回转台103上的四个内六角螺钉紧固，旋转振动台1即可调整第一超声振子5与第二超声振子6之间的夹角，调整后再次拧紧四个内六角螺钉紧固，振动工作台105上表面对称开设有T形槽106，每个T形槽106内安装有两个T形槽用螺母107，振动工作台105通过T形槽106、T形槽用螺母107及螺栓与振动工作台105固定相连，所述第三基座101的水平板部分沿长度方向对称设置有第一直槽口108，当第一超声振子5与第二超声振子6之间的夹角需要调整时，松拧四个内六角螺钉，转动回转台103调整第一超声振子5与第二超声振子6之间的角度，调整后在通过四个内六角螺钉固定回转台103与振动工作台105的位置。
所述测力仪2两侧的连接处均对称开设有第二直槽口7，所述测力仪2的上表面开设有若干螺纹孔8。
所述第一超声振子5和第二超声振子6结构相同，均包括超声换能器9和变幅杆10，两个超声波换能器共用一个超声波发生器，超声波发生器可同时输出两个超声信号，其输出信号的振幅和相位差可调节，超声换能器9的输出端与变幅杆10一端相连，第一超声振子5中的超声换能器9及变幅杆10分别通过其上的法兰盘11及螺钉与两个第一安装座302相连，第二超声振子6中的超声换能器9及变幅杆10分别通过其上的法兰盘11及螺钉与两个第二安装座402相连。
本发明二维超声振动辅助加工平台的工作过程为：
将本发明装置通过第三基座101及螺栓固定在机床(铣床或磨床)工作台上；将工件(未图示)通过螺钉固定在测力仪2上；并将超声发生器(未图示)的输出信号线分别与第一超声振子5和第二超声振子6相连。
本发明工作时，启动超声发生器，超声波发生器输出的超声频电振荡信号经过第一超声振子5、第二超声振子6的超声换能器9转换成超声频机械振动。第一超声振子5、第二超声振子6的超声变幅杆10将超声频机械振动的振幅放大并分别传递给回转台103与振动工作台105，并进一步传递给测力仪2以及固定在测力仪2上的工件。最终施加在工件上的超声振动合成为工件的平面二维振动，并使工件振动频率在超声谐振附近。通过调节超声发生器输出信号的振幅和相位差以及两超声振子之间的夹角可以使工件获得不同的二维振动轨迹，然后，启动机床，待工件加工完毕后，关闭超声发生器，关闭机床。

Claims (6)

1.一种二维超声振动辅助加工平台，其特征在于，包括振动台、测力仪、第一支架、第二支架、第一超声振子和第二超声振子，所述第一支架上安装有第一超声振子，且第一超声振子的变幅杆与振动台的回转台相连，振动台上表面通过螺栓安装有测力仪，第二支架上安装有第二超声振子，且第二超声振子的变幅杆与振动台的振动工作台相连。
2.根据权利要求1所述的一种二维超声振动辅助加工平台，其特征在于：所述第一支架包括第一短基板，第一短基板两端固定安装有第一安装座，两个第一安装座之间安装有第一超声振子。
3.根据权利要求1所述的一种二维超声振动辅助加工平台，其特征在于：所述第二支架包括第二短基板，第二短基板上表面两端固定安装有第二安装座，两个第二安装座之间安装有第二超声振子，第二短基板的下表面通过螺钉固定安装有垫块，垫块的下表面开有由减重腔。
4.根据权利要求1所述的一种二维超声振动辅助加工平台，其特征在于：所述振动台包括第三基座，第三基座中心设置有圆柱形腔，第三基座顶部通过推力轴承与回转台一端相连，且推力轴承的座圈与第三基座圆柱形腔的台阶面配合，推力轴承的轴圈与回转台下端圆柱形腔内壁配合，回转台通过顶部的凸台与滚动轴承内圈配合，滚动轴承外圈与振动工作台的圆柱形腔配合，且回转台和振动工作台通过内六角螺钉连接，振动工作台上表面对称开设有T形槽，每个T形槽内安装有两个T形槽用螺母，振动工作台通过T形槽、T形槽用螺母及螺栓与振动工作台固定相连，所述第三基座的水平板部分沿长度方向对称设置有第一直槽口。
5.根据权利要求1所述的一种二维超声振动辅助加工平台，其特征在于：所述测力仪两侧的连接处均对称开设有第二直槽口，所述测力仪的上表面开设有若干螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的一种二维超声振动辅助加工平台，其特征在于：所述第一超声振子和第二超声振子结构相同，均包括超声换能器和变幅杆，超声换能器的输出端与变幅杆一端相连，第一超声振子中的超声换能器及变幅杆分别通过其上的法兰盘及螺钉与两个第一安装座相连，第二超声振子中的超声换能器及变幅杆分别通过其上的法兰盘及螺钉与两个第二安装座相连。
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