【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面微结构加工领域，具体地涉及一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助加工装置。
技术介绍
1、表面微结构是指特征尺寸小于微米级、具有微小几何形状和较大深宽比的微观结构，可使零件表面具有特殊的光学和物理等特性。脆硬难加工材料(陶瓷、玻璃、钛合金等)的表面微结构的加工，使其具有如摩擦减阻、超疏水、高反射率等特殊性质，在光学仪器、航空航天等领域具有重要的应用和研究价值。振动辅助切削加工通过刀具往复振动配合机床精密进给运动可以实现表面微结构加工，是制备零件表面微结构的一种重要手段。传统的非谐振型振动辅助加工刀具可实现常规材料的表面微结构精密加工，但在脆硬难加工材料的微结构加工中，存在刀具磨损严重、表面微裂纹缺陷、微结构出口毛刺等缺陷，导致加工精度提升受限。
2、谐振型超声辅助加工技术能够降低刀具切削力、降低切削毛刺、减少微裂纹发生概率，可用于提升难加工材料微结构加工精度。因此，本专利技术一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助微结构加工装置，通过纵振非谐振致动陶瓷组与弯振谐振陶瓷组结合，纵振非谐振陶瓷轴向致动，提供大振幅低频振动用于成型复杂的微结构形貌；弯振谐振陶瓷组切向致动，提供小振幅高频超声振动用于降低切削力和促进排屑。谐振和非谐振融合设计，可以实现难加工材料微结构加工出口毛刺降低、微裂纹减少、刀具磨损降低从而实现难加工材料微结构精密加工。
技术实现思路
1、为了解决非谐振刀具在难加工材料微结构加工中，存在的刀具磨损严重、
2、本专利技术是通过以下方案实现的：
3、一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助加工装置，所述谐振与非谐振融合振动辅助加工装置包含底座1、弯振陶瓷组2、变幅杆3、纵振陶瓷组4、刀片5、刀片固定螺钉6、刀头固定螺钉7、刀头8、绝缘环9；上述弯振陶瓷组2被夹紧在底座1与变幅杆3之间，变幅杆3通过螺纹与底座1进行连接，绝缘环9套在变幅杆3上起到对弯振陶瓷组2的绝缘作用；变幅杆3的前端内部布置着纵振陶瓷组4，并通过刀头固定螺钉7将刀头8的端面压紧在纵振陶瓷组4上；刀片5安装在刀头8端部的凹槽内，通过刀片固定螺钉6固定在刀头8上。
4、进一步的，两种不同频率的非谐振激励信号a和谐振激励信号b被同时施加到纵振陶瓷组4和弯振陶瓷组2上，非谐振激励信号a频率区间在f1(0～5khz)和谐振激励信号b频率区间在f2(大于20khz)。f1低频信号施加在纵振陶瓷组4上，激励出沿x方向的低频振动。f2高频信号施加在弯振陶瓷组2上，激励出沿z轴方向的高频弯曲振动。变幅杆3将小振幅进行了放大，实现了刀尖x方向低频大振幅输出，同时沿z方向高频振动输出，实现单一压电振动辅助切削刀具谐振与非谐振工作状态的融合。
5、进一步的，纵振陶瓷组4激发出的x方向的低频振动可以实现微结构轮廓的车削加工，不同频率和振幅的选择可以加工出不同的微结构轮廓。同时通过弯振陶瓷组2激发出的z方向的高频小振幅振动可以实现切削方向断续加工，实现微结构加工过程的切削力降低，同时x方向的超声振动有助于切屑排出，两种有益效果共同作用下，刀具可以实现难加工材料微结构加工，并实现出口毛刺降低、微裂纹减少、刀具磨损降低从而提高微结构加工精度。
6、本专利技术有益效果
7、1.刀具纵振陶瓷组激励的低频振动实现了x方向的低频大振幅输出，可以实现不同轮廓形貌的微结构加工，结合高频弯振陶瓷组激励，产生沿z方向高频振动。微结构加工过程超声振动的引入形成了断续切削功效，降低了脆硬难加工材料切削力，减少了表面微裂纹的产生，提升了表面微结构加工精度。
8、2.谐振与非谐振融合，刀具低频振动同时伴随高频振动，降低了切屑在刀具的黏附，使得切屑能够及时排出，避免了切屑划伤已加工表面，同时减少了出口毛刺，降低微结构的表面粗糙度，同时降低了微结构加工后处理难度。
9、3.低频振动实现了不同形貌的微结构轮廓加工，同时刀具沿切削方向高频微幅振动，使得刀具与工件产生断续切削加工效应，有利于刀具散热，降低了刀具磨损，减少刀片的更换频率，降低难加工材料微结构加工经济成本。
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1.一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助加工装置，所述谐振与非谐振融合振动辅助加工装置包含底座(1)、弯振陶瓷组(2)、变幅杆(3)、纵振陶瓷组(4)、刀片(5)、刀片固定螺钉(6)、刀头固定螺钉(7)、刀头(8)、绝缘环(9)；上述弯振陶瓷组(2)被夹紧在底座(1)与变幅杆(3)之间，变幅杆(3)通过螺纹与底座(1)进行连接，绝缘环(9)套在变幅杆(3)上起到对弯振陶瓷组(2)的绝缘作用；变幅杆(3)的前端内部布置着纵振陶瓷组(4)，并通过刀头固定螺钉(7)将刀头(8)的端面压紧在纵振陶瓷组(4)上；刀片(5)安装在刀头(8)端部的凹槽内，通过刀片固定螺钉(6)固定在刀头(8)上。
2.根据权利要求书1所述的一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助加工装置，其特征在于：两种不同频率的非谐振激励信号A和谐振激励信号B被同时施加到纵振陶瓷组(4)和弯振陶瓷组(2)上，非谐振激励信号A频率区间在f1(0～5khz)和谐振激励信号B频率区间在f2(大于20khz)。f1低频信号施加在纵振陶瓷组(4)上，激励出沿X方向的低频振动。f2高
3.根据权利要求书1所述的一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助加工装置，其特征在于：纵振陶瓷组(4)激发出的X方向的低频振动可以实现微结构轮廓的车削加工，不同频率和振幅的选择可以加工出不同的微结构轮廓。同时通过弯振陶瓷组(2)激发出的Z方向的高频小振幅振动可以实现切削方向断续加工，实现微结构加工过程的切削力降低，同时X方向的超声振动有助于切屑排出，两种有益效果共同作用下，刀具可以实现难加工材料微结构加工，并实现出口毛刺降低、微裂纹减少、刀具磨损降低从而提高微结构加工精度。
...【技术特征摘要】
1.一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助加工装置，所述谐振与非谐振融合振动辅助加工装置包含底座(1)、弯振陶瓷组(2)、变幅杆(3)、纵振陶瓷组(4)、刀片(5)、刀片固定螺钉(6)、刀头固定螺钉(7)、刀头(8)、绝缘环(9)；上述弯振陶瓷组(2)被夹紧在底座(1)与变幅杆(3)之间，变幅杆(3)通过螺纹与底座(1)进行连接，绝缘环(9)套在变幅杆(3)上起到对弯振陶瓷组(2)的绝缘作用；变幅杆(3)的前端内部布置着纵振陶瓷组(4)，并通过刀头固定螺钉(7)将刀头(8)的端面压紧在纵振陶瓷组(4)上；刀片(5)安装在刀头(8)端部的凹槽内，通过刀片固定螺钉(6)固定在刀头(8)上。
2.根据权利要求书1所述的一种用于难加工材料微结构精密加工的谐振与非谐振融合振动辅助加工装置，其特征在于：两种不同频率的非谐振激励信号a和谐振激励信号b被同时施加到纵振陶瓷组(4)和弯振陶瓷组(2)上，非谐振激励信号a频率区间在f1...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜鹏飞，张建，冯科强，李浩，李健，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：
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