二维可调超声振动辅助切削装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种二维可调超声振动辅助切削装置，包括振动平板、支撑底座、四根支柱、阶梯形变幅杆a、阶梯形变幅杆b、纵振压电换能器a和纵振压电换能器b；振动平板为阶梯形结构；四根支柱竖直放置，四根支柱的上端分别与振动平板的四角固定连接，四根支柱的下端同时与支撑底座固定连接；阶梯形变幅杆a和阶梯形变幅杆b水平放置；阶梯形变幅杆a的小端与振动平板的左侧面的中心位置垂直固定连接，大端与纵振压电换能器a固定连接；阶梯形变幅杆b的小端与振动平板的后侧面的中心位置垂直固定连接，大端与纵振压电换能器b固定连接。本发明专利技术的装置的结构简单，兼具能量耗散少、加工稳定性好的特点，可实现高效低损伤铣销加工。可实现高效低损伤铣销加工。可实现高效低损伤铣销加工。

【技术实现步骤摘要】
二维可调超声振动辅助切削装置


[0001]本专利技术属于超声加工领域，涉及一种二维可调超声振动辅助切削装置。

技术介绍

[0002]二维超声振动切削系统一般由超声波换能器、变幅杆、工件及刀具组成，其作用是将超声电源输出的高频电信号通过换能器转变为高频机械振动位移，再经变幅杆放大，从而在工件与刀具间形成高频振动，进而完成超声切削。根据超声激励施加位置不同，超声振动切削系统可分为刀具振动和工件振动两种形式。
[0003]在实际生产过程中，被更广泛采纳的策略是将超声振动施加于刀具上，即使用旋转超声刀柄进行切削加工。但是这种策略下的切削刃运动轨迹更为复杂，难以有效对各因素的影响进行单独分析。
[0004]专利CN109227152A公开了一种用于精密超声加工的二维振动台，包括两个超声振动装置、振动台、夹具，在振动台相邻的两侧面各固装一超声振动装置，两超声振动装置相垂直，且分别通过振动装置支撑架支撑，两振动装置支撑架的底部与一底座固装，在振动台的顶面两超声振动装置发出的超声波纵横相交的波节面上固装夹具，夹具采用一组并且尺寸不能够太大。振动台在两个超声振动装置的激励下实现椭圆运动。在振动台底面与底座之间安装振动台支撑架，所述的振动台支撑架为点支撑架或板支撑架。所述的点支撑架安装在振动台的底面中心，由立柱及支撑球构成，在立柱的顶面固装支撑球，立柱的底面与底座固装，支撑球与振动台的底面接触但不固装连接。所述的板支撑架是在振动台的底面一侧固装一支撑板，支撑板底面与底座固装，支撑板的顶面与振动台底面接触但不固装连接。r/>[0005]由于专利CN109227152A的振动台支撑架为点支撑架或板支撑架，因此能量耗散少，然而存在加工稳定性差的问题，影响加工质量，难以实现高效低损伤铣销加工。
[0006]因此，有必要研究一种兼具能量耗散少、加工稳定性好的特点的二维超声振动切削系统，以实现高效低损伤铣销加工。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种二维可调超声振动辅助切削装置。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]二维可调超声振动辅助切削装置，包括振动平板、支撑底座、四根支柱、阶梯形变幅杆a、阶梯形变幅杆b、纵振压电换能器a和纵振压电换能器b；
[0010]振动平板为水平放置的正方形板，包含前侧面、后侧面、左侧面和右侧面；
[0011]振动平板中设有上下对称且间距排列的正方形凹槽I和正方形凹槽II；
[0012]正方形凹槽I的槽口向上，正方形凹槽I由左侧壁、后侧壁和位于二者下方的底壁围成，底壁包括前边缘、后边缘、左边缘和右边缘；底壁的前边缘与振动平板的前侧面共面，底壁的前边缘和右边缘的交点位于振动平板的前侧面和右侧面的交线上，底壁的前边缘长
度小于振动平板的边长；
[0013]支撑底座位于振动平板的下方其与其间距排列；
[0014]四根支柱竖直放置，四根支柱的上端分别与振动平板的四角固定连接，四根支柱的下端同时与支撑底座固定连接；
[0015]阶梯形变幅杆a和阶梯形变幅杆b水平放置；阶梯形变幅杆a的小端与振动平板的左侧面的中心位置垂直固定连接，大端与纵振压电换能器a固定连接；阶梯形变幅杆b的小端与振动平板的后侧面的中心位置垂直固定连接，大端与纵振压电换能器b固定连接。
[0016]本专利技术通过设计“四根支柱竖直放置，四根支柱的上端分别与振动平板的四角固定连接，四根支柱的下端同时与支撑底座固定连接”解决了专利CN109227152A存在的加工稳定性差的问题，然而这又会导致能量耗散多的问题，只有兼具能量耗散少、加工稳定性好的特点才能实现高效低损伤铣销加工，为此，本专利技术将变幅杆设计为阶梯形变幅杆，同时将振动平板设计为阶梯形振动平板，形成了二级调幅效应，弥补了由于采用四根支柱导致的能量耗散，具体说明如下：
[0017]本专利技术中采用工件振动形式，将高频超声振动运动与刀具回转运动分离，从而提高整个系统的稳定性。本专利技术设计的二维可调超声振动辅助切削装置采用双激励源超声振动系统。两组纵振压电换能器正交布置，产生两个相互垂直的简谐振动，两组换能器分别驱动，通过调整超声振动系统的两路振动信号间的相位差以及各自的输出功率，即可达到改变两向超声振动参数和形式的目的。两组纵振压电换能器分别与两向变幅杆相连，带动变幅杆发生纵向振动，振动信号经变幅杆放大后传递至振动平板。两向振动信号在振动平板上发生耦合，通过振动叠加原理使振动平板产生所需的运动轨迹。变幅杆与振动平板采用固定连接方式，整个平台工作方式为谐振模式，与非谐振模式相比，谐振模式可赋予超声振动平台更高的工作频率与能量效率。
[0018]在实际超声振动中，直接由超声换能器输出的振动幅度很小，远远达不到实际应用需求，因此需要变幅杆将超声振幅进行聚能和放大。为最大化振幅的放大效果并减小半波共振长度，本专利技术采用阶梯形变幅杆。阶梯形变幅杆设计、制造最简单，当面积系数(大端直径/小端直径)一定时，振幅放大系数最大，半波共振长度最短。假设如图1所示，阶梯形变幅杆的大端直径为D，长度为a，截面积为A1，小端直径为d，长度为b，截面积为A2，变幅杆总长l＝a+b。K为圆波数，K＝ω/c，ω为圆频率，c为纵波在细棒中的传播速度。因此，阶梯形变幅杆振幅放大系数为：Mp＝(A1sin(Ka))/(A2sin(Kb))。
[0019]为扩大两向超声振幅的调整范围，振动平板也采用阶梯式设计，如此可与阶梯形变幅杆配合，形成二级调幅效应，对变幅杆输出的振动信号进行再次放大。
[0020]振动平板为阶梯形即在正方形板状的振动平板的特定位置设置特定尺寸的上下对称且间距排列的正方形凹槽I和正方形凹槽II，振动能量通过振动平板的不同截面位置时，也可以实现振幅的放大，从而实现二级调幅。
[0021]此外，阶梯形变幅杆与振动平板固定连接还可以承受更高的工作频率，从而可以减小半波共振长度。
[0022]本专利技术的二维可调超声振动辅助切削装置的“二维”是指有效超声振动区域是一个二维平面，振动为典型的二维椭圆运动；“可调”是指振动幅值可调，振动信号经变幅杆、阶梯形振动板放大，形成二级调幅。
[0023]作为优选的技术方案：
[0024]如上所述的二维可调超声振动辅助切削装置，振动平板的边长为203mm，厚度为32mm。
[0025]如上所述的二维可调超声振动辅助切削装置，正方形凹槽I的底壁的前边缘长度为142mm，正方形凹槽I的深度为8mm。
[0026]如上所述的二维可调超声振动辅助切削装置，正方形凹槽I的左侧壁与后侧壁之间、左侧壁与底壁之间、后侧壁与底壁之间呈圆角过渡。
[0027]如上所述的二维可调超声振动辅助切削装置，四根支柱的长度为115mm。
[0028]现对本专利技术的振动平板(如图2和图3所示)的结构和尺寸的设计思路进行说明：
[0029]振动平板尺寸为203mm
×
203mm
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二维可调超声振动辅助切削装置，其特征在于，包括振动平板、支撑底座、四根支柱、阶梯形变幅杆a、阶梯形变幅杆b、纵振压电换能器a和纵振压电换能器b；振动平板为水平放置的正方形板，包含前侧面、后侧面、左侧面和右侧面；振动平板中设有上下对称且间距排列的正方形凹槽I和正方形凹槽II；正方形凹槽I的槽口向上，正方形凹槽I由左侧壁、后侧壁和位于二者下方的底壁围成，底壁包括前边缘、后边缘、左边缘和右边缘；底壁的前边缘与振动平板的前侧面共面，底壁的前边缘和右边缘的交点位于振动平板的前侧面和右侧面的交线上，底壁的前边缘长度小于振动平板的边长；支撑底座位于振动平板的下方其与其间距排列；四根支柱竖直放置，四根支柱的上端分别与振动平板的四角固定连接，四根支柱的下端同时与支撑底座固定连接；阶梯形变幅杆a和阶梯形变幅杆b水平放置；阶梯形变幅杆a的小端与振动平板的左侧面的中心位置垂直固定连接，大端与纵振压电换能器a固定连接；阶梯形变幅杆b的小端与振动平板的后侧面的中心位置垂直固定连接，大端与纵振压电换能器b固定连接。2.根据权利要求1所述的二维可调超声振动辅助切削装置，其特征在于，振动平板的边长为203mm，厚度为32mm。3.根据权利要求2所述的二维可调超声振动辅助切削装置，其特征在于，正方形凹槽I的底壁的前边缘长度为142mm，正方形凹槽I的深度为8m...

【专利技术属性】
技术研发人员：安庆龙，李晗，杨路，王弢，明伟伟，陈明，
申请(专利权)人：嘉兴沃尔德金刚石工具有限公司，
类型：发明
国别省市：