[發(fā)明專利]一種基于二維振動的用于大型零件加工的單向超聲振動平臺及其操作方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201911052135.1 | 申請日： | 2019-10-31 |
| 公開（公告）號： | CN110899077B | 公開（公告）日： | 2021-09-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 丁文鋒;曹洋;陳玉榮;蘇宏華;徐九華;傅玉燦;趙正彩;楊長勇;陳燕;張全利 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京航空航天大學(xué) |
| 主分類號： | B06B1/06 | 分類號： | B06B1/06 |
| 代理公司： | 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200 | 代理人： | 曹翠珍 |
| 地址： | 210016*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 二維 振動 用于 大型 零件 加工 單向 超聲 平臺 及其 操作方法 | ||
本發(fā)明屬于復(fù)合加工中超聲輔助加工領(lǐng)域，公開了一種基于二維振動用于大型零件加工的單向超聲振動平臺及其操作方法，固定支腳分兩組固定在二維多孔超聲振動平臺正反兩個面上相同波節(jié)點處，在二維多孔超聲振動平臺的一個側(cè)面中軸線位置連接超聲波換能器。超聲波換能器驅(qū)動二維多孔超聲振動平臺產(chǎn)生縱向一個全波長，橫向3三個半波長的耦合振動，耦合振動在平臺中心形成單一縱向振動，通過耦合振動擴大中心縱振區(qū)域面積；二維多孔超聲振動平臺上存在均布的螺紋孔和凹槽，用于隔絕橫向振動和增大縱振振幅。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定性好，通過二維波的耦合實現(xiàn)了大型零件的超聲磨削加工。
技術(shù)領(lǐng)域
本項發(fā)明涉及特種加工和復(fù)合加工領(lǐng)域，涉及單向輔助超聲加工領(lǐng)域，特別涉及一種大型零件的單向超聲輔助加工平臺。
背景技術(shù)
近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，對零件的加工精度、加工效率、表面質(zhì)量的要求逐漸提高。超聲波輔助加工因其可以減小切削力，降低切削溫度，成為了一種有效提高工件加工質(zhì)量的方法，具有很好的發(fā)展前景。現(xiàn)階段，超聲波輔助加工已經(jīng)應(yīng)用于航空航天、電子通訊、精密加工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，適用于加工硬脆材料、高溫合金、復(fù)合材料等諸多難加工材料。超聲波輔助加工方法主要分為兩類，分別是刀具實現(xiàn)超聲波振動和工件實現(xiàn)超聲波振動。
目前，超聲波輔助加工也存在一些問題。當(dāng)?shù)毒邔崿F(xiàn)超聲波振動時，由于刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得系統(tǒng)整體穩(wěn)定性弱；當(dāng)平臺實現(xiàn)超聲輔助振動時，由于超聲波長的限制，使得工件尺寸要小于臨界值，工件尺寸過大必然會造成在工件上存在振幅為零的點，使得該點附近的超聲輔助加工失效，影響零件加工的均勻性和表面質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前一維振動對工件尺寸的局限，實現(xiàn)大型零件的超聲加工，本發(fā)明提供了基于二維振動的一種用于大型零件加工的單向超聲振動平臺，利用二維波的耦合實現(xiàn)較大區(qū)域的單一方向振動，進而實現(xiàn)大型零件的超聲波加工。
為了實現(xiàn)上述發(fā)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種基于二維振動的用于大型零件加工的單向超聲振動平臺，包括二維多孔超聲振動平臺、固定支腳、超聲波換能器；
二維多孔超聲振動平臺水平放置，固定支腳安裝在二維多空超聲振動平臺正反兩面相同波節(jié)點位置，用于平臺和機床的連接；固定支腳端部存在螺紋，二維多孔超聲振動平臺通過螺紋與支腳進行連接，連接的部位需要通過有限元進行仿真后確定二維多孔超聲振動平臺的波節(jié)點，固定支腳安裝在波節(jié)點位置附近以減小對整個二維多孔超聲振動平臺的影響。
二維多孔超聲振動平臺的長度和寬度通過二維超聲振動理論設(shè)計得到，基于表觀彈性模量法，二維多孔超聲振動平臺長度、寬度、頻率之間應(yīng)滿足以下條件：
n1n2＝1
其中l(wèi)x、ly分別表示平板長度、寬度，f為超聲振動頻率，ρ為平板材料密度，n為耦合系數(shù)，v為泊松比，E為材料彈性模量。通過需要的平臺長度lx、諧振頻率f、可計算平臺寬度ly，通過平臺長度、寬度、超聲頻率三者之間的協(xié)同設(shè)計實現(xiàn)二維波的耦合。
超聲波換能器依次由超聲波變幅桿、壓電陶瓷、后蓋板組成；所述的超聲波換能器為全波長超聲波換能器，由超聲波電源驅(qū)動，可以產(chǎn)生一維縱向振動，超聲變幅桿端部的直徑與二維多孔超聲振動平臺的厚度相等，通過調(diào)節(jié)超聲波電源的輸出電壓可以調(diào)節(jié)二維多孔超聲振動平臺的振幅。
二維多孔超聲振動平臺的側(cè)面沿著中軸線連接超聲波換能器，用于驅(qū)動二維多孔超聲振動平臺，超聲波換能器節(jié)點處有法蘭盤，用于進行其它外部裝置的連接。超聲波換能器使用預(yù)緊螺栓將后蓋板、壓電陶瓷和超聲波變幅桿壓緊，超聲變幅桿前邊安裝雙頭螺柱連接至二維多孔超聲振動平臺。
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