CN2045345U

CN2045345U - 超声波振动切削装置

Info

Publication number: CN2045345U
Application number: CN 88215579
Authority: CN
Inventors: 赵继; 王立江; 李华
Original assignee: Jilin University of Technology
Current assignee: Jilin University of Technology
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1989-10-04

Abstract

本实用新型是一种超声波振动切削装置，其特征是将装置支承点的数目由传统的三点改为两点；弯曲刀杆由侧面夹紧。在实施中将弯曲刀杆做成上下表面为平面、侧面为圆柱面的形状，在其两个夹紧点(波节点)附近将棱边倒角。使刀夹具中两个内圆柱形凸缘与弯曲刀杆节点处的侧圆柱面相接触并夹紧。

Description

本实用新型是一种超声波振动切削装置。

超声波振动切削是超声波物理与切削加工技术相结合的边缘新技术，它对于各种难以磨削而对表面质量及精度要求较高的零件的精加工，具有很大的优越性，其优良效果已经得到公认，在国内外已引起人们的高度重视。日本、苏联、美国、中国等在这方面的研究较多。目前，在国内外超声波振动切削应用中存在的主要问题是刀具谐振调整麻烦，缺乏一种既在声学上设计合理又在使用中方便的较完善的超声波振动切削装置。

超声波振动切削装置由超声波发生器、换能器、变幅杆及刀具等四部分组成。由超声波发生器发出的高频电讯号经换能器转化为高频机械振动，再由变幅杆将振动的振幅放大并拖加在刀具上。一般将换能器与变幅杆组成的部件称为声学头。

在超声波振动切削装置中，刀具的振动一般有两种情况。一种是刀具作为等效质量随声学头一起做纵振动，其优点是刀具谐振调整和刀具设计较简单，苏联在研究中采用此结构。但是，当刀具重磨后再装刀时，因其质量变化谐振效果受到影响。另外，该结构的使用与传统机床操作习惯相差较大，有时还受机床的限制无法直接安装，在实际应用中很不方便，一般不愿意使用此种结构。另一种结构是刀具由一弯曲杆（一般称弯曲刀杆）构成，它将声学头的纵振动转换成弯曲振动，声学头在变幅杆的节点处固定，其下端（变幅杆小头）与弯曲刀杆相连，连接点为两种振动的转换点。弯曲刀杆的支承固定方式是这种振动切削装置设计、制造中最关键的技术，直接影响使用效果。根据超声波在固体传播中的驻波特性，它的固定方式有以下几种：①在两个波节处由“冂”字形压板上下压紧；②在弯曲刀杆两个节点的上下表面处做出凸台，由压板压紧凸台固定；③在弯曲刀杆的两个节点处开锥孔，由两销钉上下穿过，通过压紧销钉固定。在超声波振动切削研究较深入的日本前述的两种结构都曾用过，而我国南京电影机械厂与广西大学联合研制的振动切削装置则属于后一种结构中的（1）。上述①、②、③结构存在的主要缺点是在使用中谐振调整麻烦，通常需要几次装刀反复调整才能谐振，有时刀架也有振动，并且伴有“吱吱”声和发热现象。特别是刀具重磨后又需要重新反复调整。此外，②、③中弯曲刀杆制造复杂，不便于实际生产中的应用。

本实用新型目的是解决现有超声波振动切削装置中刀具谐振调整困难，夹紧点处易发热、有叫声及刀夹具制造复杂、不便在实际生产中使用等技术问题。

为了实现上述目的本实用新型提出一种由超声波磁致伸缩换能器（2）、变幅杆（3）、弯曲刀杆（4）、刀夹具（5）等组成的超声波振动切削装置，其特征在于上述装置仅在两个节点处支承，并且，弯曲刀杆由侧面夹紧。

上述两个支承点均在弯曲杆上。

弯曲刀杆侧面由圆柱面构成，上下表面是平面，在夹紧节点附近将棱边倒角。而夹紧是由刀夹具内表面中两个圆柱形凸缘来完成的。

一般认为，一个较完善的超声波振动切削装置应具备以下条件：①谐振调整简单，特别是刀具重磨后仍能满足要求；②夹紧点及激振点处不发热；③操作不碍视线；④刀杆（或刀具）制造简单，便于更换；⑤结构小巧，所占空间少。通过对目前使用较多的纵振变横振的超声波振动切削装置（如南京电影机械厂等单位研制的装置）的理论分析和反复试验发现：它有两大弊病：第一，支承方式上是一种力学上的一种超静定结构，弯曲刀杆两个节点处的支承点与变幅杆节点处的支承相干涉，实际使用中一不易使三者调整协调，结果不但起不到增加刚度的作用，反而给弯曲刀杆的振动增加了约束，使刀尖处振幅减小，发热现象也与此有关。解决此问题的方案是将三点支承改为两点支承，去掉一个约束点，变力学上的超静定问题为静定问题。考虑到实际使用中刀具需要经常拆卸重磨，以去掉变幅杆节点处的支承点为宜。但此方案应当具备的前提是声学头的小型化。这可以通过减少磁致伸缩换能器功率和提高振动频率的方法来减小声学头的体积，从而减少其重量。

以往装置的第二个弊病是声学上弯曲刀杆夹的不合理性。通过声学理论上的分析及大量试验发现：以往认为弯曲刀杆节点处不动的概念是有片面性的。“节点不动”只对弦的振动适用，而对于具有一定截面尺寸的弯曲刀杆来说，既使在节点处上下表面也是有振动的，其振动方向与杆的弯曲振动方向垂直，且沿着杆的长度方向，振动相位与弯曲振动相差π／2，即恰恰在以前认为不动的节点处这种振动的振幅最大。本实用新型将这种伴随弯曲振动产生的沿杆长度方向的振动现象称为“伴生振动”。以往在节点处上、下表面压紧，不但压不紧，而且还产生叫声和发热现象，因为限制了“伴生振动”，也就限制了弯曲振动，影响弯曲振动的振幅。根据“伴生振动”中性层处振幅为零的特性，弯曲刀杆正确的夹紧方式是在弯曲刀杆振动的节点处且为中性层的附近夹紧。

由于本实用新型采用上述方案，较好的解决了现有装置中的缺点和不足。其明显的优点是：谐振调整简单，特别是刀具重磨后仍能满足要求；夹紧点及激振点处温升很小；操作不碍视线；刀杆（或刀具）及刀夹具制造简单，便于更换；结构小巧、紧凑等。

说明书附图是新装置的一个实施例。其中图1是正视图，图2是图1的一个剖面图。图中（1）为冷却水套；（2）为磁致伸缩换能器；（3）为变幅杆；（4）为弯曲刀杆，前端焊有硬质合金刀片；（5）为刀夹具；（6）为紧固螺栓。弯曲刀杆侧面由普通园柱面构成，上、下表面为平面；刀夹具内表面为园柱面，按波节长度在相应的节点处做出两个园形凸缘，使之与弯曲刀杆侧面园弧接触。通过拧紧螺栓（6），使刀夹具产生弹性变形，由凸缘夹紧弯曲刀杆。在弯曲刀杆节点处的上、下表面附近将其倒角，以减少弯曲刀杆该处上、下表面与刀夹具圆弧面的接触，从而减轻刀夹具对“伴生振动”的约束。经实践考验，该超声波振动切削装置谐振调整很简单，既使刀具重磨后重新安装，也很容易谐振，振动效果较好。连续振动50分钟以后实测弯曲刀杆夹紧点处和激振点的温升（与室温相比），分别为5℃和12℃。而且，弯曲刀杆和刀夹具制造工艺简单，刀具更换方便。

Claims

1、一种主要由超声波磁致伸缩换能器(2)、变幅杆(3)、弯曲刀杆(4)、刀夹具(5)组成的超声波振动切削装置，其特征是上述装置仅在两个节点处支撑，这两个支撑点均设在弯曲刀杆(4)上，弯曲刀杆(4)测面为圆柱面，并使其圆柱面与刀夹具(5)内表面中两个圆柱形凸缘相接触，通过拧紧刀夹具上的紧固螺柱(6)夹紧弯曲刀杆(4)。

2、根据权利要求1所述的一种超声波振动切削装置，其特征是上述的弯曲刀杆（4）上的夹紧节点处棱边倒角。