[發明專利]單激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置

有效

• 申請號: 201410740288.6
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104439890A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 殷振;伯潔;陳玉榮;曹自洋;汪幫富;邵國雨;李佳;傅超;黃強;孟京躍
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: B23P9/04
• 分類號: B23P9/04;B06B1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種適用于普通車床、普通銑床、普通鏜床、及其相應數控機床、加工中心等設備，對零件內、外表面進行強化光整的超聲振動擠壓加工裝置，尤其是涉及只需要一路超聲電源提供電能信號的單激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置。

背景技術

擠壓加工是一項常用的表面強化及光整的工藝方法，其大多用于回轉零件的內外表面加工，常作為最后一道機械加工工序應用于零件表面強化、應力狀態及表面質量有較高要求的場合。普通擠壓工藝擠壓力大，摩擦嚴重，擠壓表面質量低，超聲單向擠壓工藝具有單純沖擊作用，在每個振動周期內都會是擠壓頭受到一次沖擊，這種動作過程能夠減小摩擦，但是沖擊磨損會嚴重降低擠壓頭壽命。

為了克服普通擠壓工藝方法和單向超聲振動擠壓工藝方法的不足，公開號為CN101942547B的發明專利文獻公開了一種超聲橢圓振動擠壓加工裝置及用其進行零件表面光整的振動擠壓加工方法，該裝置采用一個變幅桿、四個結構相同的激勵源和一個擠壓工具，擠壓工具安裝在變幅桿的輸出段上，四個激勵源分別安裝在變幅桿的激勵段的四個凹槽內。其通過兩路超聲電信號對四個激勵源分為兩組施加具有一定相位差的激勵，實現變幅桿激勵段的雙彎曲超聲橢圓振動，進而實現擠壓頭的超聲橢圓振動，該裝置和方法能夠有效有效降低擠壓力，提高工件表面粗糙度，延長擠壓頭的使用壽命。但是該裝置需要采用兩組壓電陶瓷片來激發產生具有一定相位差的兩個振動模態，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅動電源信號，且需要控制各路超聲驅動電源信號之間的相位差，超聲振動系統和控制系統結構復雜，制造難度大、控制難度高、生產成本高、不易實現微型化、工作性能不夠穩定，這些問題制約了超聲橢圓振動換能器在工業生產中的應用與推廣。

發明內容

本發明提供了一種新型的單激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置，目的是為了克服現有超聲橢圓振動擠壓加工裝置中存在的不足、提高擠壓加工效率、降低超聲橢圓振動擠壓加工裝置的復雜程度和減小超聲橢圓振動擠壓加工裝置的生產成本。

單激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置，包括支撐板、外套、直線軸承、預壓力裝置、殼體單元、置于殼體單元內的超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器和設置在橢圓振動模態轉換器前端的擠壓頭；所述的殼體單元包括前擋板、內套筒和后擋板，所述的支撐板通過焊接或者螺釘聯接設置在外套上，用于和機床刀架聯接；所述的直線軸承為滑動直線軸承或滾動直線軸承，所述的直線軸承支撐在殼體單元和外套之間；所述的預壓力裝置設置在外套內殼體單元的后端，用于提供擠壓頭和工件之間的預壓力。

所述的超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設置有與殼體單元聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊，構成了超聲振動換能器的能量轉換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號轉換為超聲振動換能器的縱向超聲振動。

所述的橢圓振動模態轉換器與前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態轉換器焊接設置在前蓋板的前端。所述的橢圓振動模態轉換器為斜楔形結構，斜楔形結構橢圓振動模態轉換器原整體為長方體，沿超聲振動換能器軸線方向其一側被切割掉一部分后形成斜楔形結構，形成斜楔形的兩個側面中，未被切割的一側面平行于超聲振動換能器軸線，被切割過的另一側面與超聲振動換能器軸線成3-30度夾角。在橢圓振動模態轉換器與超聲換能器前蓋板的聯接處設有過渡圓弧。斜楔形結構橢圓振動模態轉換器中兩個近似梯形的側面與待加工平面的切線方向垂直。

橢圓振動模態轉換器設置在超聲振動換能器前端后構成的組合件稱為單激勵超聲橢圓振動換能器，使橢圓振動模態轉換器成為斜楔形結構的目的是為了改變單激勵超聲橢圓振動換能器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等；由于斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的存在，超聲振動換能器產生的縱向超聲振動在傳遞到斜楔形結構橢圓振動模態轉換器后，在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端分解為一部分縱向振動分量和一部分彎曲振動分量，且兩振動分量具有一定的相位差，進而在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端復合形成橢圓軌跡振動。

擠壓頭通過焊接或聯接螺釘聯接設置在橢圓振動模態轉換器的前端；當超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態轉換器末端后，轉換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，即轉換為橢圓振動模態轉換器末端的縱彎復合超聲橢圓振動；并驅動擠壓頭和橢圓振動模態轉換器末端一起做超聲橢圓振動。