[發明專利]一種雙激勵超聲橢圓振動加工裝置

有效

• 申請號: 201310552225.3
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103586192A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 孫容磊;柏偉;高遠
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B06B1/08
• 分類號: B06B1/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明涉及一種超聲橢圓振動加工裝置，特別涉及一種雙激勵超聲橢圓振動加工裝置，屬于機械加工技術領域。

背景技術

振動輔助加工是20世紀50年代出現的一種新型加工技術，能夠有效改善加工質量，因而受到廣泛關注。早期振動輔助加工技術多為低頻一維振動輔助加工，即在切削方向上的振動。20世紀90年代，日本學者首次提出橢圓振動技術，其形式是通過兩組垂直分布的壓電陶瓷片的伸縮振動，使變幅桿產生彎曲振動，并在兩端合成橢圓振動軌跡。與常規的切削相比，橢圓振動切削可有效減小切削力，提高加工精度，延長刀具壽命，對于刀具表面附著物和表面毛刺的生成有良好的抑制作用，適合硬脆材料的精密加工。但是，現有的橢圓振動加工裝置的兩個激勵振源為垂直分布，使整個振動系統結構復雜，體積較大，不便于在機械加工裝置上安裝與使用。

為解決這一技術問題，北京航空航天大學和河南理工大學分別提出了一種單激勵縱彎復合橢圓振動切削系統，振動系統由單激勵的縱向振動和開有一定角度、深度、數量的斜槽的變幅桿組成，斜槽對振動方式會發生轉換，使得變幅桿受到縱向和彎曲兩種振動，從而在工具處產生橢圓振動。但是，這種單激勵縱彎復合橢圓振動加工裝置的缺陷也非常明顯：一是對開斜槽角度、深度和數量都有較高優化要求，加工難度大，可調節性差；二是開槽的設計對復合振動的產生較大的不利影響，使裝置很難達到理想的輔助切削效果。

韓國大邱加圖立大學提出了另一種技術解決方案，采用由兩個壓電振源平行布置的結構，既克服了雙激勵振源垂直布置導致的裝置結構復雜、體積過大的缺陷，又克服了單激勵振源縱彎復合橢圓振動裝置的開槽加工難度大、可調節性差、振動切削效果受影響等缺陷，取得了較好的技術效果。

但是，上述技術方案仍然存在明確的缺陷與不足：一是壓電材料的本身性能決定了該裝置的輸出振幅較小、功率不足，無法滿足機床動態切削的性能要求，因而僅能應用于V槽等沖擊不大的工況加工，而對于一些要求輸出功率大、負載力強、能量轉換效率高的加工工況則不能適應。二是壓電振子的發熱明顯，采用空冷方式達不到理想的散熱效果。由于磁致伸縮換能器總處于高強度、高頻率磁場中工作，磁滯損耗、渦流損耗及線圈電阻損耗嚴重，產生的熱量非常大，另一方面，磁致伸縮材料本身對外界溫度比較敏感，一旦到達居里溫度，其致動性能就基本喪失，因而散熱冷卻是磁致伸縮換能器發展中的重要技術問題，也是現有技術中限制磁致伸縮換能器向大功率、實用化發展的技術瓶頸。三是傳統雙激勵振源的振動合成結構為剛性連接，而剛性連接存在靈敏度差、缺少微位移放大功能等問題，并且機械配合、摩擦等因素不可避免地降低位移合成與傳遞的精度。

發明內容

本發明旨在解決現有技術的超聲橢圓振動加工裝置存在的輸出功率小、能量轉換效率低、空冷散熱效果差、傳統雙振源輸出的剛性連接方式靈敏度差、缺少位移放大功能等缺陷與不足，提供一種采用超磁致伸縮材料作為驅動結構的雙激勵超聲橢圓振動加工裝置，采用雙腔室平行對稱布置兩組超磁致伸縮換能器，并在雙腔室內設置單向水冷系統，在振動輸出端采用柔性鉸鏈連接，具有輸出功率大、負載力強、能量轉換效率高、頻帶寬、結構緊湊合理等優點，廣泛適用于各類超聲橢圓振動加工工況。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種雙激勵超聲橢圓振動加工裝置，包括前刀具、振動發生單元和后刀柄，其特征在于：所述振動發生單元包括兩組平行布置的超磁致伸縮換能器，所述每組超磁致伸縮換能器包括由超磁致伸縮材料制成的超磁致伸縮棒。

一種雙激勵超聲橢圓振動加工裝置，所述振動發生單元還包括上下開口的的外套筒，所述外套筒的內腔被豎向隔板分隔為兩個相同的腔室，所述兩組超磁致伸縮換能器分別設置在兩個腔室內，所述每組超磁致伸縮換能器包括從外環向內環依次設置的偏置磁場發生器、勵磁線圈、支撐套、超磁致伸縮棒，所述每組超磁致伸縮換能器還包括位于頂部的上軛鐵和位于底部的下軛鐵，所述上軛鐵、下軛鐵和偏置磁場發生器一起形成對勵磁線圈、支撐套、超磁致伸縮棒的圍護結構并構成閉合磁回路，所述下軛鐵與后刀柄固定連接，所述每組超磁致伸縮換能器還包括位于上軛鐵上部的輸出桿，所述輸出桿通過預緊裝置與上軛鐵擠壓連接。

一種雙激勵超聲橢圓振動加工裝置，所述預緊裝置包括由下至上依次套接在輸出桿上的碟簧、襯片和預緊螺母,所述預緊螺母的外螺紋與外套筒內壁的內螺紋相旋合，所述預緊螺母旋合后使輸出桿與上軛鐵擠壓連接。

一種雙激勵超聲橢圓振動加工裝置，所述偏置磁場發生器為永磁體或通入偏置電流的線圈。

一種雙激勵超聲橢圓振動加工裝置，所述支撐套由尼龍材料制成。