[發(fā)明專利]單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)車削裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310373865.8
• 申請(qǐng)日: 2013-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN103447557A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷振;李華;曹自洋;李艷;劉義生;吳永芝;陳玉榮;任坤;呂自強(qiáng);劉嬌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州科技學(xué)院
• 主分類號(hào): B23B25/00
• 分類號(hào): B23B25/00;B06B1/06
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的超聲振動(dòng)領(lǐng)域，尤其是涉及單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)車削裝置。

背景技術(shù)

超聲橢圓振動(dòng)在超聲振動(dòng)切削、超聲焊接、超聲研磨、超聲拋光、直線超聲電機(jī)和旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)等領(lǐng)域具有較廣泛的應(yīng)用。目前研究人員大多采用縱向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、彎曲振動(dòng)和徑向振動(dòng)中的兩種振動(dòng)形式進(jìn)行復(fù)合來產(chǎn)生超聲橢圓振動(dòng)，需要采用兩組或兩組以上的壓電陶瓷片來激發(fā)產(chǎn)生具有一定相位差的兩個(gè)或多個(gè)振動(dòng)模態(tài)，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)，且需要控制各路超聲驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)之間的相位差，超聲振動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大、控制難度高、生產(chǎn)成本高、不易實(shí)現(xiàn)微型化、工作性能不夠穩(wěn)定，這些問題制約了超聲橢圓振動(dòng)換能器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣。

為了克服上述超聲橢圓振動(dòng)換能器技術(shù)中的不足，《北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)》2005年2月第31卷第2期上論文“基于有限元分析的橢圓振動(dòng)切削換能器”，提出了一種單一電信號(hào)激勵(lì)的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的超聲橢圓振動(dòng)切削換能器，并對(duì)該換能器進(jìn)行了有限元?jiǎng)恿W(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，但是要進(jìn)一步提高縱向振動(dòng)到彎曲振動(dòng)的轉(zhuǎn)換，提高橢圓振動(dòng)軌跡短軸與長(zhǎng)軸的比值，提高切削效果，僅依靠在變幅桿前端一側(cè)添加質(zhì)量塊和刀具的方式是不夠理想的，并且從變幅桿到附加質(zhì)量塊以及從附加質(zhì)量塊到刀具需要兩次物理聯(lián)接，導(dǎo)致從壓電換能器到刀具的超聲振動(dòng)能量損失較大，影響了超聲橢圓振動(dòng)切削效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新型的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)車削裝置，目的是為了克服現(xiàn)有單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)切削裝置中存在的不足、降低超聲橢圓振動(dòng)車削裝置的生產(chǎn)成本和提高超聲橢圓振動(dòng)車削裝置的工作穩(wěn)定性。

單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)車削裝置，包括殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器和設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的刀具；所述的殼體單元包括上蓋板、支撐板、外套筒和下蓋板，支撐板通過焊接或者螺釘聯(lián)接設(shè)置在外套筒上，用于和車床刀架聯(lián)接；所述的超聲振動(dòng)換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設(shè)置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊，構(gòu)成了超聲振動(dòng)換能器的能量轉(zhuǎn)換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)換能器的縱向超聲振動(dòng)。

所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與前蓋板制作成一個(gè)整體設(shè)置在前蓋板的前端，或者利用一個(gè)附加的聯(lián)接螺柱將橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器聯(lián)接設(shè)置在前蓋板的前端。橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器整體為斜楔形結(jié)構(gòu)，斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器原整體為長(zhǎng)方體，沿超聲振動(dòng)換能器軸線方向其一側(cè)被切割掉一部分后形成斜楔形結(jié)構(gòu)，形成斜楔形的兩個(gè)側(cè)面中，未被切割的一側(cè)面平行于超聲振動(dòng)換能器軸線，被切割過的另一側(cè)面與超聲振動(dòng)換能器軸線成3-30度夾角。

使橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器形成斜楔形結(jié)構(gòu)的目的是為了改變超聲振動(dòng)換能器和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器結(jié)合體的振動(dòng)模態(tài)，使其縱向振動(dòng)模態(tài)頻率和彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率接近或相等；由于斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的存在，超聲振動(dòng)換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動(dòng)在傳遞到斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器后，在斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的末端分解為一部分縱向振動(dòng)分量和一部分彎曲振動(dòng)分量，且兩振動(dòng)分量具有一定的相位差，進(jìn)而在斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的末端復(fù)合形成橢圓軌跡振動(dòng)。

刀具通過焊接、聯(lián)接螺釘或壓板機(jī)構(gòu)聯(lián)接設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端；當(dāng)超聲振動(dòng)能量從超聲振動(dòng)換能器傳遞到橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)；并驅(qū)動(dòng)刀具和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動(dòng)。

超聲振動(dòng)換能器置于殼體單元內(nèi)，超聲振動(dòng)換能器的法蘭盤設(shè)置于外套筒的上凹止口內(nèi)，上蓋板設(shè)置在法蘭盤的另一側(cè)，對(duì)整個(gè)超聲振動(dòng)換能器起固定作用，下蓋板設(shè)置在外套筒的下側(cè)，防止灰塵、鐵屑等雜物進(jìn)入到殼體單元內(nèi)，影響超聲振動(dòng)換能器工作性能；相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)切削系統(tǒng)，該單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)切削裝置具有功率容量大、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易、成本低、結(jié)構(gòu)剛度大、控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單和振動(dòng)切削性能穩(wěn)定穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

更進(jìn)一步，所述的超聲振動(dòng)換能器只有一組縱向振動(dòng)壓電陶瓷片。

更進(jìn)一步，所述的超聲振動(dòng)換能器只需要一路超聲電信號(hào)激勵(lì)。

更進(jìn)一步，所述的超聲振動(dòng)換能器的工作頻率范圍為18kHz-40kHz。