CN111014737A - 一种单激励超声椭圆车削装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单激励超声椭圆车削装置。本发明包括超声电源、装置壳体及封装在其中的超声椭圆振动切削单元，所述超声电源连接在装置壳体上，所述装置壳体可拆卸的连接在机床的工作台上，所述超声椭圆振动切削单元包括固定在装置壳体上的输入端、连接刀具的输出端和连接于输入端与输出端之间的多个传振杆，所述多个传振杆结构性质有所差异，使得每相振动间存在相位差，从而输出椭圆振动轨迹。本发明通过对二级传振杆的设计和更换，可改变输出的椭圆振动轨迹，结合不同的加工应用场合，合理调整椭圆振动轨迹，以获取更好的加工质量。采用单激励椭圆振动的实现方案，超声椭圆振动输出稳定，整体结构简便，有利于实现工业化。
Description
技术领域
本发明涉及超声振动加工领域，尤其涉及一种单激励超声椭圆车削装置。
背景技术
相比传统的加工方法，超声椭圆振动加工技术具有工件与刀具的彻底分离特性，还可实现切削过程中的“摩擦力反转”、“变角度切削”等特点，从而有效减小切削力和切削热，更容易获得较好的表面加工质量，因而广泛应用于硬脆难加工材料的精密超精密加工中。
超声椭圆振动多是由纵向振动、扭转振动、弯曲振动和径向振动中的两种振动形式耦合而成，且要求两相振动具有一定的相位差。
超声椭圆振动加工装置分为单激励和双激励两种形式，双激励振动系统结构复杂，易造成加工干涉，且对控制系统有较高要求；单激励振动系统结构简单，椭圆振动轨迹输出稳定，易实现微型化和工业化，但椭圆振动轨迹的形状不易改变。
现有的单激励超声椭圆振动车削装置大都采用对纵振变幅杆进行偏心设计：偏心结构较小时，椭圆轨迹较为扁平，切削加工的效果不太理想，无法完全发挥超声椭圆振动切削的优势；偏心结构较大时，椭圆轨迹较为圆润，但偏心结构容易造成变幅杆应力集中现象，车削装置的刚性较差，无法保证切削加工的精度。
由于设计原理的限制，现有的单激励超声椭圆振动车削装置难以改变输出椭圆的振动轨迹形状，针对不同的切削加工应用场合的适应性较差，限制了超声椭圆振动加工技术的推广和应用。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种单激励超声椭圆车削装置。本发明通过设计和更换二级传振杆，对输出的椭圆振动轨迹进行调整，以适应不同的切削加工应用场合，充分发挥超声椭圆振动切削的优势。本发明采用的技术手段如下：
一种单激励超声椭圆车削装置，包括超声电源、装置壳体及封装在其中的超声椭圆振动切削单元，所述超声电源连接在装置壳体上，所述装置壳体可拆卸的连接在机床的工作台上，所述超声椭圆振动切削单元包括固定在装置壳体上的输入端、连接刀具的输出端和连接于输入端与输出端之间的多个传振杆，所述多个传振杆结构性质有所差异，使得每相振动间存在相位差，从而输出椭圆振动轨迹。
进一步地，所述传振杆数量为2个，所述结构性质的差异包括传振杆的制作材料和/或传振杆的直径。
进一步地，所述超声椭圆振动切削单元的输入端为单激励换能器，其包括预设规格的具有两相输出端结构的夹角状分解转换体，其用于改变超声振动的传递路径，将换能器提供的单激励一维超声振动分解为沿分解转换体输出方向的两相超声振动。
进一步地，第一传振杆、第二传振杆的一端可拆卸的连接在夹角状分解转换体上，从而使两个传振杆输出的振动具有一定的相位差。
进一步地，所述输出端包括合成转换体和与其相连的刀具，第一传振杆、第二传振杆一端可拆卸的连接在合成转换体上。
进一步地，车削装置的谐振频率为35kHz，输出的振幅为12-20μm。
进一步地，换能器是夹心式压电换能器，包括前盖板、后盖板和置于前、后盖板之间的多个压电陶瓷片，具体地，所述前盖板采用硬铝作为发射端，后盖板选用45号钢作为接收端；采用PZT8压电陶瓷片，利用高强螺栓将六片压电陶瓷与前后盖板和相连接。
本发明通过对二级传振杆的设计和更换，可改变输出平面椭圆振动轨迹，结合不同的加工应用场合，合理调整椭圆振动轨迹，以获取更好的加工质量。该超声椭圆振动车削装置具有通用性，可夹装在多种型号的机床上，且方便安装与拆卸。采用单激励椭圆振动的实现方案，超声椭圆振动输出稳定，整体结构简便，对控制系统要求较低，适用于多种实际加工工况，有利于实现工业化。
基于上述理由本发明可在超声振动加工领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图。
图2是装置中超声椭圆单元的外形轮廓图。
图3是装置中超声椭圆单元的内部透视图。
图中：1、超声电源；2、装置壳体；3、超声椭圆振动切削单元；4、航空插头；5、第一高强螺栓；6、工作台；7、换能器；8、分解转换体；9、第一传振杆；10、第二传振杆；11、合成转换体；12、刀具；13、前盖板；14、后盖板；15、压电陶瓷片；16、第二高强螺栓；17、第三高强螺柱；18、第四高强螺栓；19、第五高强螺栓；20、第六高强螺柱；21、第七高强螺柱；22、第八高强螺柱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例公开了一种单激励超声椭圆车削装置，包括超声电源1、装置壳体2及封装在其中的超声椭圆振动切削单元3，超声电源与安装在装置壳体上的航空插头4相连接，激励整个超声椭圆车削装置。所述装置壳体通过第一高强螺栓5可拆卸的连接在机床的工作台6上，利用机床工作台进行进给运动。所述超声椭圆振动切削单元包括固定在装置壳体上的输入端、连接刀具的输出端和连接于输入端与输出端之间的多个传振杆，所述多个传振杆结构性质有所差异，使得每相振动间存在相位差，从而输出椭圆振动轨迹。
所述超声椭圆振动切削单元的输入端为单激励换能器，其包括预设规格的具有两相输出端结构的夹角状分解转换体，其用于改变超声振动的传递路径，分解转换体8通过第三高强螺柱17与换能器7紧密连接，通过对振动转化体8的结构形式及尺寸设计，将换能器7提供的一维超声振动均匀分解为沿分解转换体8输出端方向的两相超声振动。
所述输出端包括合成转换体和通过第八高强螺柱22与其相连的刀具，第一传振杆9、第二传振杆10一端通过第六高强螺柱20和第七高强螺柱21可拆卸的连接在合成转换体11上，所述的合成转换体需与换能器、分解转换体及二级传振杆等进行一体式匹配设计，采用柔性铰链结构作为合成转换体，并利用、用高强螺柱与两个二级传振杆相连接，合成转换体将二级传振杆输出的两相振动进行耦合，由于两相振动具有相位差，最终在安装在合成转换体末端的刀具12上稳定输出超声椭圆振动。
所述传振杆数量为2个，第一传振杆、第二传振杆的一端通过第四、第五高强螺栓18、19可拆卸的连接在夹角状分解转换体的输出端上，从而使得分解转换体输出具有一定的相位差。通过设计和更换二级传振杆，对输出的椭圆振动轨迹进行调整，以适应不同的切削加工应用场合，充分发挥超声椭圆振动切削的优势。其中，所述结构性质的差异包括传振杆的制作材料和/或传振杆的直径。作为优选的实时方式，所述的第一传振杆、第二传振杆为形状不同和/或至少有一竖截面横截面积不同的等径或变径结构(如悬链式、阶梯式及圆锥式等)及制作材料(铁、铝合金及钛合金等)可更换的多种可调整的组合设计结构，通过选取预设的第一传振杆、第二传振杆，改变传振杆输出的振动的相位差及振幅，从而在平面内对刀具输出的椭圆振动轨迹(倾斜角度、长短轴比例、圆润或扁平等)进行控制，进而针对不同的加工材料和应用场合，满足不同的切削加工要求。
本实施中，车削装置的谐振频率为35kHz，输出的振幅为12-20μm。
如图2、图3所示，换能器是夹心式压电换能器，包括前盖板13、后盖板14和置于前、后盖板之间的多个压电陶瓷片15，具体地，所述前盖板采用硬铝作为发射端，后盖板选用45号钢作为接收端，从而获取发射端与接收端较大的振速比；采用PZT8压电陶瓷片，利用第二高强螺栓16将六片压电陶瓷与前后盖板和相连接，纵向振动输出稳定。本实施例采用大功率的换能器，在输出较大振幅的同时，可承受较大的负载，提高了装置长时间工作的稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种单激励超声椭圆车削装置，其特征在于，包括：超声电源、装置壳体及封装在其中的超声椭圆振动切削单元，所述超声电源连接在装置壳体上，所述装置壳体可拆卸的连接在机床的工作台上，所述超声椭圆振动切削单元包括固定在装置壳体上的输入端、连接刀具的输出端和连接于输入端与输出端之间的多个传振杆，所述多个传振杆结构性质有所差异，使得每相振动间存在相位差，从而输出椭圆振动轨迹。
2.根据权利要求1所述的单激励超声椭圆车削装置，其特征在于，所述传振杆数量为2个，所述结构性质的差异包括传振杆的制作材料和/或传振杆的直径。
3.根据权利要求2所述的单激励超声椭圆车削装置，其特征在于，所述超声椭圆振动切削单元的输入端为单激励换能器，其包括预设规格的具有两相输出端结构的夹角状分解转换体，其用于改变超声振动的传递路径，将换能器提供的单激励一维超声振动分解为沿分解转换体输出方向的两相超声振动。
4.根据权利要求3所述的单激励超声椭圆车削装置，其特征在于，第一传振杆、第二传振杆的一端可拆卸的连接在夹角状分解转换体上，从而使两个传振杆输出的振动具有一定的相位差。
5.根据权利要求1～4任一项所述的单激励超声椭圆车削装置，其特征在于，所述输出端包括合成转换体和与其相连的刀具，第一传振杆、第二传振杆一端可拆卸的连接在合成转换体上。
6.根据权利要求1所述的单激励超声椭圆车削装置，其特征在于，车削装置的谐振频率为35kHz，输出的振幅为12-20μm。
7.根据权利要求3所述的单激励超声椭圆车削装置，其特征在于，换能器是夹心式压电换能器，包括前盖板、后盖板和置于前、后盖板之间的多个压电陶瓷片，具体地，所述前盖板采用硬铝作为发射端，后盖板选用45号钢作为接收端；采用PZT8压电陶瓷片，利用高强螺栓将六片压电陶瓷与前后盖板和相连接。
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