[發明專利]一種雙彎曲振動模式的超聲橢圓振動切削裝置

有效

• 申請號: 202110362437.X
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113510061B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 康仁科;董志剛;殷森;潘延安;賈振元
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;B06B3/02;B23P13/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

本發明提供一種雙彎曲振動模式的超聲橢圓振動切削裝置，包括預緊螺栓、后蓋板、第一組振動源、中間板、第二組振動源，前蓋板及刀具。兩組振動源均是由半圓環壓電陶瓷、電極片及相同尺寸的半圓環形鋼塊組成，且兩組振動源呈90°旋轉布置，通過兩相相同頻率但具有一定相位差的超聲激勵信號，激勵出裝置的兩相超聲彎曲振動，使裝置呈現出“雙彎曲振動模式”，從而在安裝在前蓋板上的刀具刀尖處輸出二維超聲橢圓振動軌跡。本發明不僅能夠實現對輸出的橢圓振動軌跡的調整，且避免了裝置中因正負極混串導致的裝置帶電的缺點，可充分發揮超聲橢圓振動切削技術的減小刀具磨損，抑制加工顫振、降低工件表面粗糙度等優勢，利于超聲橢圓振動技術的推廣。

技術領域

本發明涉及超聲振動加工技術領域，尤其涉及一種雙彎曲振動模式超聲橢圓振動切削裝置。

背景技術

隨著精密超精密技術的迅速發展，超聲橢圓振動切削技術受到越來越多的關注。相比一維超聲振動切削，超聲橢圓振動切削過程具有“摩擦力反轉”、“變角度切削”及更加徹底“刀具-工件分離”的等特點，從而有效延長刀具壽命、提高切削表面光潔度和切削穩定性、抑制毛刺和再生顫振等。

現有的超聲橢圓振動切削裝置多是由縱向振動、扭轉振動、彎曲振動和徑向振動中的兩種振動形式耦合而成，多相振動的耦合效率較低，限制了頻率和振幅的提高，同時造成裝置發熱嚴重。本發明采用兩相彎曲振動合成超聲橢圓振動，有效避免了上述問題的發生，提高了裝置輸出振幅。

同時，現有的超聲彎曲振動的激勵方式是將兩個半圓環壓電陶瓷按照極化方向方向布置(CN108927572A及CN107552368 A)，導致裝置的正負極混串，從而使裝置帶電，限制了超聲橢圓振動切削的應用。

發明內容

為得到硬脆材料工件的高完整性表面，本發明提供了一種雙彎曲振動模式的超聲橢圓振動切削裝置，具有較強的適應性。本發明采用的技術手段如下：

一種雙彎曲振動模式的超聲橢圓振動切削裝置，包括預緊螺栓、后蓋板、第一組振動源、中間板、第二組振動源，帶法蘭的前蓋板及刀具組成。

所述的兩組振動源均是由半圓環壓電陶瓷、電極片及相同尺寸的半圓環鋼塊的組成，且兩組振動源呈90°旋轉布置，通過兩相相同頻率但具有一定相位差的超聲激勵信號，激勵出裝置的兩相超聲彎曲振動，使裝置呈現出“雙彎曲振動模式”。

進一步地，裝置基于四階彎曲振動模式，第一組振動源設置在彎曲振動的第二個波峰位置處，用于激勵出裝置的第一相彎曲振動。

進一步地，裝置基于四階彎曲振動模式，第二組振動源設置在彎曲振動的第三個波峰位置處，用于激勵出裝置的第二相彎曲振動。

進一步地，第一組和第二組振動源呈90°旋轉布置。

進一步地，兩組振動源均采用型號為PZT-4的半圓環形壓電陶瓷，利用壓電陶瓷較高工作效率的的d33工作模式。

進一步地，裝置中的前蓋板為帶有圓錐過渡的階梯桿，用于實現對第一組和第二組振動源激勵出的彎曲振動的放大。

進一步地，利用超聲電源向裝置輸入兩相相同頻率但具有一定相位差的超聲激勵信號，從而實現裝置的超聲橢圓振動軌跡的輸出，分別調節兩相激勵信號的激勵電壓和相位差，從而實現對輸出的橢圓振動軌跡的調整。

本發明具有以下優點：

該裝置基于四階彎曲振動模式，裝置輸出采用兩相超聲彎曲振動來合成橢圓振動軌跡，提高了復合振動的耦合效果，避免了多種模式的振動耦合帶來的能量損失，發熱嚴重等問題；裝置輸出的橢圓振動軌跡可以根據不同的加工應用場合進行調整，適應性較強；裝置中兩相振動源的由半圓環壓電陶瓷及半圓環形鋼塊組成，可有效避免因正負極混串導致的裝置帶電等問題，可充分發揮超聲橢圓振動切削技術的減小刀具磨損，抑制加工顫振、降低工件表面粗糙度等優勢，對于推廣超聲橢圓振動技術的推廣和應用具有非常重要的意義。