CN2053559U - 一种超声振动切削装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种超声振动切削装置。其特征是将传统的等截面弯曲振动刀杆设计成阶梯对称式弯曲振动刀杆，其细段与粗段截面积之比小于或等于1/4，并在粗、细段截面突变处附近夹固。该阶梯弯曲振动刀杆具有二级变幅的功能，从而使振动系统的制造、调谐、使用及刀具重磨等均很方便。
Description
本实用新型是一种切削加工中使用的超声振动切削装置。
超声振动切削是超声波物理与切削原理相结合的边缘新技术，它在切削各种难以磨削而对表面质量及精度要求较高的零件时，具有优异的工艺效果。日本、苏联、美国、中国等在这方面的研究较多。目前，在国内外超声振动切削应用中存在的主要问题是缺乏一种更为稳定、使用方便的超声振动切削装置。
超声振动切削装置是由超声波发生器、换能器、纵振动变幅杆及弯曲振动刀杆（刀具）等部分组成。由超声波发生器发出高频电讯号经换能器转化为高频机械振动，再由纵振动变幅杆将振动的振幅放大并施加在弯曲振动刀杆上，弯曲振动刀杆以横波的形式谐振。
国内外现有这类超声振动切削装置中，都采用等截面的弯曲振动刀杆或刀尖位于中性层附近、并按等截面弯曲振动刀杆设计的同类刀杆（见隈部淳一郎著：精密加工振动切削，韩一昆等译，机械工业出版社，1985年6月，197～215页），使得重要的变幅功能集中由纵振动变幅杆承担，即只依靠纵振动变幅杆的一级变幅作用，力求在刀尖处获得较大的振幅。但是，这种振动系统无法解决如下矛盾：1、高振幅的获得与系统结构小巧性的矛盾。为了便于实际应用，总是希望声学头（由换能器和纵振动变幅杆组成）体积越小越好，但通常获得大振幅的办法是采用多级复合式纵振动变幅杆级联，从而导致结构庞大。2、纵振动变幅杆的工作稳定性与变幅比的矛盾。如锥形纵振动变幅杆虽然有较好的工作稳定性和加工工艺性，但在超声振动切削系统研制中，常因变幅比小而不采用。3、弯曲振动刀杆的高振幅振动与刀杆夹固的矛盾。弯曲振动刀杆由于切削时承受切削力，必须在节点附近夹固，刀杆振动振幅越大，夹固越困难。此外，当刀具重磨以后刀杆长度发生变化，再夹固时不易谐振。
本实用新型所述的超声振动切削装置主要是由冷却水套（1）、超声换能器（2）、纵振动变幅杆（3）、弯曲振动刀杆（4）、刀杆夹具（5）等组成，其特征是弯曲振动刀杆（4）是中间粗、两端细的对称式阶梯形杆，在杆两端都有刀片，其细段与粗段截面积之比小于或等于1／4，并在两个截面突变处附近夹固。该刀杆具有变换弯曲振动振幅（即二级变幅）的功能以及使激振点（即纵振动变幅杆与弯曲振动刀杆的连接点）位置准确的特点，一支刀杆相当两把刀具。
根据理论和实验研究发现：按一定条件设计的阶梯式弯曲振动刀杆，当其谐振时，粗段与细段具有不同的振动位移分布规律，经理论推导，细段端面（即刀尖处）振动振幅与粗段波腹点（激振点处）振幅之比R为：
R＝1.41［β1β2T11λ11（T12λ12－
I1T21λ21／I2·（1＋COSλ12L2）＋
T22λ22COSλ12L2）＋β1β2
（I1T11λ11／I2＋T22λ22）
T21λ21COSλ12L2COSλ11L1－
β1α2T11λ21T21（I1P11／T12＋
I2P22／T12）Sinλ12L2Sinλ11L1＋
β1β2T21λ21（T12λ12＋T11λ11I1／I2）
COSλ11L1］
式中各符号意义如下：
T1i＝ (ρω2)/(K＇Gλ1i) ＋λ1i；
T2i＝λ2i－ (ρω2)/(K＇Gλ1i) ；
P1i＝Eλ2 1i－ρω2；
P2i＝Eλ2 2i＋ρω2；
αi＝1／EIi（λ2 1i＋λ2 2i）；
βi＝1／（T1iλ1i＋T2iλ2i）；
E、ρ、G为弯曲振动刀杆材料特性参数；K′为截面剪应力分布不均匀系数，Ii为截面转动惯量；Si为截面积；
λ1i＝［a／2＋（a2／4＋bi）1／2］1／2；
λ2i＝［－a／2＋（a2／4＋bi）1／2］1／2；
a＝（1＋E／K′G）ω2／C2；
bi＝ω2Si／C2Ii·（1－ (ω2)/(C2) · (Ii)/(Si) · (E)/(K′G) ）；
C＝（E／ρ）1／2；
ω＝2πf（f为振动频率）；
i＝1、2；
对于超声振动切削装置中常用的弯曲振动刀杆尺寸系列，弯曲振动二级变幅比R一般可达2－4。采用该技术方案后，较好地解决了前述问题。使得振动系统可以采用一些工作性能稳定、受负载波动影响小的纵振动变幅杆（如锥形变幅杆），而进一步增大变幅比的任务由弯曲振动刀杆承担，采用非复合式一般纵振动变幅杆即可在刀尖处获得较大的振幅（一般可大于15μm）。虽然刀尖处振幅较大，但粗段振动并不强烈，因而，有利于弯曲振动刀杆的夹固。由于采用对称式双刀头结构，不但支承跨距大、刚度好，而且由于一端磨损后可用另一端，然后两端同时重磨，因而可使重磨后激振点的位置仍然比较准确地位于弯曲振动刀杆中部的波腹点处。无论是新刀还是重磨后的刀具，安装后只要稍加调整发生器频率旋扭即可谐振，不需用反复调试振。虽然刀尖处的振幅较大，但阶梯式弯曲振动刀杆粗段振动并不强烈，因此可以降低对刀杆夹具制造精度的要求，各连接处发热也较小，基本可以保持近室温的程度。
本实用新型所述的超声振动切削装置与现有技术相比，具有安装调整方便、夹固牢靠、节省调试时间、工作稳定、对刀杆夹具精度要求低等优点。
附图1是本实用新型所述的超声振动切削装置的结构图；
附图2是图1的侧视图；
图中（1）为冷却水套，（2）为超声换能器、（3）为纵振动变幅杆，（4）为弯曲振动刀杆，（5）为刀杆夹具。
附图1是本实用新型所述的超声振动切削装置的实施例。弯曲振动刀杆做成对称阶梯形，中部为粗段，两端刀头部分为细段，细、粗段截面积之比为1／4，在截面突变处附近设置弧面突缘，并用刀杆夹具（5）在侧面夹紧。
Claims (1)
1、一种主要由冷却水套(1)、超声换能器(2)、纵振动变幅杆(3)、弯曲振动刀杆(4)、刀杆夹具(5)等组成的超声振动切削装置，其特征在于弯曲振动刀杆(4)是中间粗、两端细的对称式阶梯形杆，在杆两端都有刀片，其细段与粗段截面积之比小于或等于1/4，并在两个截面突变处附近夹固。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 89215484 CN2053559U (zh) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 一种超声振动切削装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 89215484 CN2053559U (zh) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 一种超声振动切削装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2053559U true CN2053559U (zh) | 1990-02-28 |
Family
ID=4871062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 89215484 Withdrawn CN2053559U (zh) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 一种超声振动切削装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2053559U (zh) |
-
1989
- 1989-08-18 CN CN 89215484 patent/CN2053559U/zh not_active Withdrawn
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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