[發(fā)明專(zhuān)利]一種可拓展帶寬的旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911304613.3
• 申請(qǐng)日: 2019-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111097969A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林彬;付俊帆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23D79/00
• 分類(lèi)號(hào): B23D79/00;B26D7/08
• 代理公司: 天津市三利專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發(fā)明公開(kāi)一種可拓展帶寬的旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置，包括換能器(1)、刀具(2)和組合式刀桿(3)，所述組合式刀桿(3)一端與換能器(1)相連，另一端與刀具(2)相連；組合式刀桿(3)包括套筒部、桿狀部，套筒部與相應(yīng)的桿狀部能同軸心并聯(lián)連接或是部分串聯(lián)部分并聯(lián)連接，兩個(gè)桿狀部能同軸心端面接觸串聯(lián)連接，形成所需要的組合式刀桿；并聯(lián)連接時(shí)，套筒部套在桿狀部的匹配的桿段上，且并聯(lián)段內(nèi)表面與桿段的外圓面相接觸配合；套筒部和/或桿狀部采用不同阻尼系數(shù)的阻尼材料制形成。本發(fā)明通過(guò)更換不同阻尼系數(shù)材料的零件，能夠?qū)崿F(xiàn)拓展振動(dòng)系統(tǒng)的帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可拓展帶寬的旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置。

背景技術(shù)

超聲加工技術(shù)已經(jīng)比較廣泛地應(yīng)用于功能陶瓷、光學(xué)玻璃和先進(jìn)復(fù)合材料的加工，較好地解決了傳統(tǒng)方法加工時(shí)產(chǎn)生的切削力大、切削溫度高、加工表面質(zhì)量差和刀具磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。超聲加工機(jī)理是在傳統(tǒng)切削過(guò)程基礎(chǔ)上，利用超聲加工振動(dòng)系統(tǒng)為刀具施加上頻率在15-40kHz范圍內(nèi)的超聲波頻率振動(dòng)，通過(guò)超聲復(fù)合軌跡的刀具的錘擊、磨削和空化的復(fù)合作用，加工過(guò)程中的切削力和切削熱大幅降低，從而有效地提高了加工表面質(zhì)量并降低了刀具磨損。

實(shí)現(xiàn)上述超聲加工優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵是在刀具上施加以較大振幅。超聲加工振動(dòng)系統(tǒng)的諧振頻率與超聲電源電信號(hào)頻率一致時(shí)，輸出振幅和系統(tǒng)功率均會(huì)達(dá)到最大值。當(dāng)力熱負(fù)載波動(dòng)變化時(shí)，兩者頻率之間存在頻率差，頻率差越大，超聲加工振動(dòng)系統(tǒng)的輸出振幅和系統(tǒng)功率越小。帶寬則是指系統(tǒng)功率最大值一半所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率之間的頻率差，能夠表征超聲加工振動(dòng)系統(tǒng)輸出振幅受頻率差影響的敏感程度。帶寬越大，頻率差導(dǎo)致的輸出振幅降低的程度越小，但是其代價(jià)為振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)越低，能量損耗越大。

目前解決頻率差造成的振幅降低的方法是使用具有頻率跟蹤功能的超聲電源，自動(dòng)調(diào)節(jié)超聲電源電信號(hào)頻率與振動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率一致。但對(duì)于力熱負(fù)載頻繁變化而導(dǎo)致諧振頻率頻繁變化的振動(dòng)系統(tǒng)而言，頻率跟蹤功能的跟蹤速度依然較慢，最終導(dǎo)致振動(dòng)系統(tǒng)在諧振和失諧狀態(tài)之間頻繁變換。

現(xiàn)有超聲加工設(shè)備，均在追求極高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，導(dǎo)致振動(dòng)系統(tǒng)帶寬范圍極窄，加工過(guò)程中的力熱負(fù)載的波動(dòng)造成超聲加工振動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率的波動(dòng)，最終導(dǎo)致超聲電源和振動(dòng)系統(tǒng)之間失諧，輸出振幅時(shí)有時(shí)無(wú)，加工穩(wěn)定性和加工質(zhì)量降低。

因此，需要開(kāi)發(fā)一種裝置，以便能按需要拓展換能器帶寬，從根本上提高振動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擴(kuò)大帶寬的同時(shí)保證適合的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種可拓展帶寬的旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種可拓展帶寬的旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置，包括換能器(1)、刀具(2)和組合式刀桿(3)，所述組合式刀桿(3)一端與換能器(1)相連，另一端與刀具(2)相連；所述組合式刀桿(3)包括套筒部、桿狀部，所述套筒部與相應(yīng)的桿狀部能同軸心并聯(lián)連接或是部分串聯(lián)部分并聯(lián)連接，兩個(gè)所述桿狀部能同軸心端面接觸串聯(lián)連接，形成所需要的組合式刀桿；并聯(lián)連接時(shí)，所述套筒部套在所述桿狀部的匹配的桿段上，且并聯(lián)段內(nèi)表面與所述桿段的外圓面相接觸配合；所述套筒部和/或桿狀部采用不同阻尼系數(shù)的阻尼材料制作形成。

作為進(jìn)一步的方案，所述套筒部為并聯(lián)套筒(3.1)，所述桿狀部為并聯(lián)桿(3.2)，所述并聯(lián)套筒(3.1)套裝在并聯(lián)桿(3.2)上。

其中，所述并聯(lián)桿(3.2)與刀具(2)連接，所述并聯(lián)套筒(3.1)的端面直接或通過(guò)連接件與換能器(1)的振幅輸出端面接觸式相連；超聲波傳遞過(guò)程中，并聯(lián)套筒(3.1)的材料阻尼消耗部分超聲波能量，降低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，從而擴(kuò)大帶寬。

作為進(jìn)一步的方案，所述桿狀部為兩個(gè)，包括第一串聯(lián)桿(3.3)和第二串聯(lián)桿(3.4)，所述第一串聯(lián)桿(3.3)和第二串聯(lián)桿(3.4)端面接觸相連串接。