[實用新型]一種三維超聲振動切削加工工作頭

有效

• 申請號: 201821853107.0
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN209206942U
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 張永霞;陳明方;傘紅軍;伍星;賀瑋;姚國一;劉金鑫;陳浩;臧家秀;葛天佑
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B23Q1/25
• 分類號: B23Q1/25;B06B1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種三維超聲振動切削加工工作頭，包括X超聲振動臂、Y超聲振動臂以及刀頭三部分；X超聲振動臂的前端刀頭與Y超聲振動臂的前端刀頭連接。本實用新型功率型三維超聲振動切削加工工作頭的三個換能器的頻率、振幅和相位可單獨控制，亦可聯動控制，從而實現工作頭對刀具在X、Y、Z三個方向上振動位移的控制。

技術領域

本實用新型涉及一種三維超聲振動切削加工工作頭，屬于精密金屬切削加工領域。

背景技術

超聲振動切削技術在硬脆材料、大塑性材料以及復合材料的精密切削加工方面表現出優良的工藝特性，受到國際學術界和企業界的普遍重視。日本、美國、俄羅斯、德國、英國、新加坡等國家先后開展超聲振動切削技術的研究，進行了大量的實驗分析和應用開發，取得了較多的研究成果。目前世界對超聲振動切削技術的研究從實驗逐步轉向應用，實驗裝置也趨于實用化，在航空航天、超精密加工、光學器材加工、醫學等領域得到相當程度的應用。

超聲振動切削是將超聲振動與傳統切削相結合，即在切削過程中刀具附加周期性的高頻超聲振動，實現周期性的、間隙性的切削。由于刀尖與工件周期性分離，所以超聲振動切削有著傳統切削無法比擬的優勢，如切削力小，切削溫度低、變形小、殘余應力小等。一維超聲振動切削技術比較成熟，在很多領域效果也很顯著，但由于振型單一，其不足也已顯現出來，刀具與零件處于分離狀態時，后刀面會摩擦、撞擊已加工的表面，嚴重影響已加工表面的精度。由此可見，除了切削參數外，超聲波振動的空間振型也是影響加工質量的關鍵因素，于是Moriwaki和Shamoto在20世紀50年代提出了二維超聲橢圓振動切削法，實驗證實二維超聲橢圓振動切削與一維超聲直線振動切削相比，可以更好的抑制工件表面加工毛刺的產生。但是二維超聲橢圓振動切削相關產品很少。為彌補現有超聲振動切削技術的不足，有必要設計具有二維或者更高維的切削加工工作頭。

發明內容

本實用新型提供了一種三維超聲振動切削加工工作頭，以用于通過該工作頭實現刀具在X、Y、Z三個方向上振動位移的控制。

本實用新型的技術方案是：一種三維超聲振動切削加工工作頭，包括X超聲振動臂Ⅰ、Y超聲振動臂Ⅱ以及刀頭Ⅲ三部分；X超聲振動臂Ⅰ的前端刀頭Ⅲ與Y超聲振動臂Ⅱ的前端刀頭Ⅲ連接。

所述X超聲振動臂Ⅰ是由卡盤5、套筒6、X臂超聲波振子、筒體Ⅰ7、T型定位塊8、長方體定位塊9、筒體后端蓋10、航空插頭11組成；所述X臂超聲波振子包括變幅桿Ⅰ4和1個超聲波換能器12，超聲波換能器12通過雙頭螺栓連接在變幅桿Ⅰ粗端403構成X臂超聲波振子；變幅桿Ⅰ細端402穿過卡盤5伸出筒體Ⅰ7并通過雙頭螺栓與前端刀頭Ⅲ連接，卡盤5與套筒6完成變幅桿Ⅰ節面401的定位，變幅桿Ⅰ粗端403穿過套筒6與超聲波換能器12設置于筒體Ⅰ7內，套筒6安裝在筒體Ⅰ7內并通過四個沉頭螺釘與筒體Ⅰ7連接，卡盤5的外螺紋與筒體Ⅰ7前端的內螺紋配合完成與筒體Ⅰ7的連接，筒體后端蓋10通過四個螺釘安裝在筒體Ⅰ7的后端，T型定位塊8、航空插頭11均通過螺釘與筒體Ⅰ7連接；長方體定位塊9與T型定位塊8之間采用螺栓連接。

所述Y超聲振動臂Ⅱ是由筒體Ⅱ1、筒體前端蓋2、Y臂超聲波振子、T型定位塊8、長方體定位塊9、筒體后端蓋10、航空插頭11組成；所述Y臂超聲波振子包括變幅桿Ⅱ3、2個超聲波換能器12，2個超聲波換能器12Z向豎直排列并分別通過雙頭螺栓連接在變幅桿Ⅱ粗端303構成Y臂超聲波振子；變幅桿Ⅱ細端302穿過筒體前端蓋2伸出筒體Ⅱ1并通過雙頭螺栓與前端刀頭Ⅲ連接，筒體Ⅱ1和筒體前端蓋2完成Y臂超聲波振子變幅桿Ⅱ節面301的定位，變幅桿Ⅱ粗端303及2個超聲波換能器12設置于筒體Ⅱ1內，筒體前端蓋2通過四個沉頭螺釘與筒體Ⅱ1前端連接，筒體后端蓋10通過四個螺釘安裝在筒體Ⅱ1的后端，T型定位塊8、航空插頭11均通過螺釘與筒體Ⅱ1連接，長方體定位塊9與T型定位塊8之間采用螺栓連接。