[實用新型]一種彎曲振動超聲加工裝置的動態特性測試系統

有效

• 申請號: 201920282425.4
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN209623757U
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 裴永臣;張航;趙儒仕;關景晗;楊帆;李皓;王佳煒;瞿川
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 蘇州創策知識產權代理有限公司 32322
• 代理人: 董學文

本實用新型提供了一種彎曲振動超聲加工裝置的動態特性測試系統，可模擬加工時刀具對超聲加工裝置的作用力，并快速準確地測試彎曲振動超聲加工裝置的動態特性；主要由換能器、變幅桿、電動推桿、球頭頂桿、電磁鐵、多種傳感器組成。超聲波發生器啟動，變幅桿輸出端作高頻振動，電動推桿帶動套有彈簧的球頭頂桿，頂向變幅桿產生彈簧作用力；將彈簧替換為鋁管，可實現對變幅桿恒定作用力施加；將球頭頂桿替換為電磁鐵，對電磁鐵通以交變信號產生對變幅桿周期性作用力，這三種作用力可方便切換。力傳感器實時監測壓力值，位移傳感器實時采集變幅桿輸出端振動位移數據，數據經計算機軟件分析處理可得超聲振動裝置在各作用力下的振幅和頻率等動態特性。

技術領域

本實用新型屬于系統動態特性的測試領域，尤其涉及一種用于彎曲振動超聲加工裝置的動態特性測試系統。

背景技術

超聲加工是使用作高頻率小振幅運動的振動工具，對工具(或工件)沿一定方向施加可控超聲頻振動來進行加工，從而實現材料去除的加工方法。超聲加工具有切削力小、切削熱低、精度高、加工穩定、生產率高等工藝優勢，因此超聲振動加工工藝在難加工材料、曲面成形、深小孔等加工制造方面存在廣泛的應用，尤其是在傳統加工手段無法取得理想加工效果的脆硬材料和復合材料的加工問題上，超聲振動加工技術表現出明顯的加工優勢。本實用新型中的彎曲振動超聲加工裝置與機床配合實現超聲振動輔助加工，工件固定在振動系統輸出端，加工時工件作高頻振動并與刀具通過相對運動實現切削。在與機床配合切削時，刀具對超聲加工裝置的作用主要體現在三個方面：(1)刀具與變幅桿接觸，對變幅桿產生恒定作用力；(2)由于旋轉刀具存在幾何精度偏差，切割時刀具對變幅桿產生周期作用力；(3)加工過程中，由于刀具不可避免的存在彈性振動變形，刀具對變幅桿的作用相當于在變幅桿末端連接一根彈簧，這改變了超聲加工裝置的振動特性。超聲加工裝置的動態特性受刀具的影響而發生改變，系統未發生原設計諧振，導致變幅桿輸出端振動頻率和振動幅值降低。目前，常規手段測試超聲加工裝置的動態特性通常在空載時完成，并沒有考慮加工時刀具對超聲加工裝置的作用，導致超聲加工裝置實際應用時的振動頻率和振動幅值均低于設計值，較低的振動頻率和較小的振動幅值導致超聲加工的加工精度和效率均降低。振動頻率和振動幅值是系統動態特性的重要參量，測試超聲加工裝置在實際應用時的動態特性很有必要，但在實際加工時測量超聲加工裝置的動態特性比較困難，因此需要一種帶有加工載荷模擬功能的超聲加工裝置動態特性測試系統。

綜上所述，需要一種彎曲振動超聲加工裝置測試系統，該系統可模擬實際加工過程中刀具對超聲加工裝置的作用，并快速準確地測試彎曲振動超聲加工裝置在該作用下的頻率和振幅等動態特性。設計開發出一種彎曲振動超聲加工裝置測試系統，對彎曲振動超聲加工裝置的設計、測試與優化具有重要的指導意義與實用價值。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種彎曲振動超聲加工裝置的動態特性測試系統，該系統可模擬實際加工時刀具對超聲加工裝置的作用，并快速、準確、有效地測試彎曲振動超聲加工裝置的動態特性。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

一種彎曲振動超聲加工裝置的動態特性測試系統，由機械裝置和電器設備組成。其中機械裝置包括底座、振動支撐架、L型支撐架、彎曲振動換能器、彎曲振動變幅桿、長支架、電渦流傳感器固定架、支撐板、連接板、擋片、H型連接套、螺紋連接套、彈簧、球頭頂桿、電器支撐板等；電器設備包括電渦流位移傳感器、激光位移傳感器、力傳感器、電磁鐵、電動推桿、功率放大器、超聲波發生器、變壓器、數據采集卡、計算機與直流電源等。測試系統分為彎曲振動超聲加工裝置、載荷加載裝置、振幅測試裝置和電器固定裝置四個部分。

所述的支撐板底部有兩個U型槽，用于通過螺栓和底座連接；側部有三個圓形通孔、四個螺紋孔和一個方形通孔，用于固定電動推桿和安裝激光位移傳感器的連接板。

所述的力傳感器兩端均帶有螺紋柱和定位螺母，一端用于穿過擋片和電動推桿有螺紋孔的端面連接，另一端用于和H型連接套有螺紋孔的端面連接。