[發明專利]一種高頻超聲橢圓振動切削裝置

無效

• 申請號: 200910079410.9
• 申請日: 2009-03-10
• 公開（公告）號: CN101502971A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 張德遠;王桂林;李文;姜興剛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B26D7/26
• 分類號: B26D7/26;B06B3/02;B06B1/06;B23B25/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種應用于精密加工領域的金屬切削加工裝置，尤其是指一種能產生高頻超聲橢圓振動的切削裝置。

背景技術

超聲振動切削是將一超聲振動附加于刀具上，使原本連續的切削過程變成斷續的、間斷的，具有特殊切削效果的切削方式，是日本學者率先提出來的。超聲振動切削具有降低切削力和切削溫度、提高表面質量和形位精度的獨特優點。但是，在常規超聲振動(振動方向為直線運動)切削過程中，當刀具同工件分離時，由于后刀面會撞擊已加工表面，產生摩擦，不但會損傷已加工表面，而且是刀具承受拉應力，尤其在精密加工中，一般都選用刀尖非常鋒利的金剛石刀具、聚晶金剛石刀具等硬而脆的刀具材料，這類材料可以承受很高的壓應力，但是在拉應力的作用下刀具會很快破損或崩刃，嚴重影響刀具壽命和加工質量，限制了超聲振動切削技術在精密及超精密加工領域的應用。

發明內容

為了解決在切削過程刀具崩刃的問題，本發明提出一種在高頻100kHz～200kHz下的超聲橢圓振動切削裝置。該切削裝置工作在100kHz～200kHz的較高振動頻率，提高了刀具振動切屑臨界振速，使加工效率得到明顯提高；應用相互垂直的兩個高頻振動之間的相位差，在刀具刀尖處合成一個橢圓振動，有效降低加工表面粗糙度；采用變幅桿插接安裝在振動體上，易于裝卡，可以促進超聲橢圓振動切削的實用化。

本發明的一種高頻超聲橢圓振動切削裝置是結合杠桿和朗之萬換能器進行的結構設計。該切削裝置由超聲振動單元和殼體單元組成，超聲振動單元置于殼體單元內；所述殼體單元由基座、A蓋板、B蓋板和上蓋板構成，超聲振動單元由變幅桿、振動體、A激勵源、B激勵源、C激勵源構成。本發明的振動切削裝置通過設置在基座的底板上的安裝孔與加工車床進行固定。

A蓋板的一端安裝在基座的A支撐板的前側板面上，A蓋板的另一端安裝在基座的B支撐板的前側板面上；B蓋板的一端安裝在基座的A支撐板的后側板面上，B蓋板的另一端安裝在基座的B支撐板的后側板面上；上蓋板的一端安裝在基座的A支撐板的上板面上，上蓋板的另一端安裝在基座的B支撐板的上板面上。

振動體安裝在底板上，變幅桿安裝在振動體的凹形槽中，C緊頂螺釘的一端順次穿過底板上的一通孔、C激勵源的C通孔后螺紋連接在E螺紋孔上，即C激勵源放置在振動體的下振動模塊與底板之間。

本發明高頻超聲橢圓振動切削裝置的優點在于：

(1)應用縱向振動(激勵源C)和彎曲振動(激勵源A和激勵源B)相互垂直的兩個高頻振動進行切削，兩個方向的合成可實現高頻率的橢圓振動切削，在保持超聲20kHz橢圓振動切削的優勢前提下，振動頻率(100kHz～200kHz)的大幅度增加，進一步提高了切屑臨界振速，因此可大大提高工作效率，特別適合精密和超精密切削加工的應用。

(2)本發明中激勵源、振動體和變幅桿的裝配，可顯著提高刀具壽命和加工表面質量；利用金剛石刀具可實現普通切削無法完成的微細切削、仿形表面及特殊表面的制造等，如應用于生物仿形表面的制造。

(3)由于為高頻超聲橢圓振動進行的切削，其有效切削時間短，明顯降低了切削溫度，因此利用金剛石刀具切削單晶硅等半導體材料，可顯著提高塑性切削深度，延長刀具使用壽命，在某些場合還可利用普通金剛石刀具來代替昂貴的天然金剛石刀具來進行切削加工，節省加工成本。

(4)高頻超聲橢圓振動切削裝置的換刀方便，對現有精密或超精密加工車床進行振動切削改造特別容易，可利用現有的刀具，不需要特別地設計刀具，且裝卡、拆卸方便。

附圖說明

圖1是本發明高頻超聲橢圓振動切削裝置的外部結構圖。

圖1A是圖1的背部結構圖。

圖1B是未裝配上蓋板、A蓋板和B蓋板的本發明高頻超聲橢圓振動切削裝置的結構圖。

圖2是本發明橢圓振動單元的結構圖。

圖2A是本發明橢圓振動單元的分解圖。

圖中：????????1.基座????????101.A支撐板????101a.前側板面?????101b.后側板面

101c.上板面???101d.右板面???102.B支撐板????102a.前側板面?????102b.后側板面

102c.上板面???102d.方孔?????103.底板???????103a.安裝孔???????2.A蓋板

3.B蓋板???????3a.通孔???????3b.A螺紋孔?????4.上蓋板??????????4a.A光孔