[發明專利]一種精密或超精密車削加工用彎曲模式超聲振動輔助切削裝置

無效

• 申請號: 201410075821.1
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103817355A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 周明;韓建超;胡林華;董國軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23B25/00
• 分類號: B23B25/00;B06B1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種精密或超精密加工中難加工材料、薄壁件及細長軸類零件的加工裝置，具體涉及一種精密或超精密車削加工用彎曲模式超聲振動輔助切削裝置。

背景技術

超聲振動切削最早是由日本學者提出的，它是將超聲振動附加于刀具上，使原本連續的切削過程變成高頻的斷續切削過程。超聲振動切削具有切削力小、切削溫度低、不產生積屑瘤和抑制切削顫振等優點，大大提高了加工零件的表面質量和形位精度，延長了刀具使用壽命。對高溫合金、鈦合金、復合材料和陶瓷等難加工材料以及細長軸和薄壁件等弱剛度零件的加工具有顯著的優勢，同時也實現了黑色金屬的金剛石超精密切削。

采用傳統的超聲振動切削加工方式進行加工存在很多問題：

1.使用范圍小。若使用一維縱向超聲振動切削裝置，存在著觀察不方便、刀具裝夾不方便和對刀困難等問題，而且一般只能用來加工圓柱面和端面，對自由曲面或者凹槽等不規則面則無法加工；

2.實用程度低。若采用傳統的模式轉換型彎曲振動加工裝置，由于裝卡和配合的環節比較多，裝卡和調整環節麻煩，而且縱向振動轉換為彎曲振動的效率不易保證；同時刀具發生磨損后，由于振動裝置的尺寸發生改變，振動的頻率和波節位置發生改變，切削加工過程極不穩定，使用極其不方便，現在多應用于實驗研究，工業應用化程度較低；

3.存在噪聲污染。目前普遍使用的振動切削裝置的工作頻率大多在20HKz附近，超聲振動裝置工作時發生刺耳的鳴響聲，產生噪聲污染，危害操作人員的身心健康。

發明內容

本發明的目的是為了解決航空、航天和軍工等領域各種難加工材料以及細長軸和薄壁件等弱剛度零件切削加工的問題，提供一種精密或超精密車削加工用彎曲模式超聲振動輔助切削裝置。

本發明的精密或超精密車削加工用彎曲模式超聲振動輔助切削裝置是將超聲振動單元通過前蓋板上處于波節位置的法蘭固定到圓筒狀外殼上，并通過外殼內部的環形凸臺緊固超聲振動單元的另一處波節位置，使超聲振動單元構成2點支撐，提高了超聲振動裝置的剛度和穩定性；該超聲振動單元能使刀具的振動頻率達到38±0.5KHz，振動幅值在4微米以上，顯著提高了加工效率，保證加工精度。

本發明提供一種精密或超精密切削加工用彎曲模式超聲振動輔助切削裝置，其特征在于，該切削裝置包括超聲振動單元、套于超聲振動單元外表面的外殼和安裝在超聲振動單元的輸出端上的刀具；

超聲振動單元包括通過緊固螺釘依次連接的法蘭式前蓋板、激勵源、后蓋板，法蘭式前蓋板為一體加工成型的階梯軸結構，其一端設有變幅桿，變幅桿的前端設有用于安裝刀具的刀槽，法蘭式前蓋板的另一端設有用于連接緊固螺釘的螺紋段的第一螺紋孔，法蘭式前蓋板的波節位置上設計有法蘭盤，法蘭盤上設有第二螺紋孔；

激勵源包括第一銅片電極、第二銅片電極、第三銅片電極、第四銅片電極、第五銅片電極和第一半圓環形壓電陶瓷片、第二半圓環形壓電陶瓷片、第三半圓環形壓電陶瓷片、第四半圓環形壓電陶瓷片、第五半圓環形壓電陶瓷片、第六半圓環形壓電陶瓷片、第七半圓環形壓電陶瓷片和第八半圓環形壓電陶瓷片，兩兩半圓環形壓電陶瓷片形成一個圓環形壓電陶瓷片，并且將該圓環形壓電陶瓷片置于兩個銅片電極之間，所述銅片電極中心設有孔，半圓環形壓電陶瓷片組合在一起時中間也形成孔，以使緊固螺釘可以從中穿過；

外殼中部設有用于放置超聲振動單元的空腔，外殼的上端面上設有多個第三螺紋孔，該螺紋孔與超聲振動單元的法蘭盤上的第二螺紋孔配合。

根據本發明的優選實施方式，外殼還包括從空腔向外延伸的上卡盤和下卡盤，上卡盤上設有多個沉頭螺紋孔，下卡盤上設有多個第四螺紋孔，空腔內設有環形凸臺，通過沉頭螺栓實現外殼內部的環形凸臺與超聲振動單元的后蓋板的緊縮配合。

根據本發明的優選實施方式，刀具通過變幅桿前端的刀槽和頂絲螺紋孔安裝在超聲振動單元的輸出端上。

根據本發明的優選實施方式，所述激勵源的工作頻率為38±0.5KHz。

根據本發明的優選實施方式，所述激勵源的結構為8片半圓環形陶瓷片組成的4片結構的圓環形壓電陶瓷堆，第一銅片電極與第二銅片電極之間放置第一半圓環形壓電陶瓷片與第八半圓環形壓電陶瓷片形成的圓環形壓電陶瓷片；第二銅片電極與第三銅片電極之間放置第二半圓環形壓電陶瓷片與第七半圓環形壓電陶瓷片形成的圓環形壓電陶瓷片；第三銅片電極與第四銅片電極之間放置第三半圓環形壓電陶瓷片與第六半圓環形壓電陶瓷片形成的圓環形壓電陶瓷片；第四銅片電極與第五銅片電極之間放置第四半圓環形壓電陶瓷片與第五半圓環形壓電陶瓷片形成的圓環形壓電陶瓷片。