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[發明專利]一種具有多級放大功能的三維超聲橢圓振動切削裝置有效

專利信息
申請號: 202110365314.1 申請日: 2021-04-02
公開(公告)號: CN113182539B 公開(公告)日: 2023-07-04
發明(設計)人: 鮑巖;董志剛;康仁科;殷森;潘延安 申請(專利權)人: 大連理工大學
主分類號: B23B27/00 分類號: B23B27/00;B06B1/06
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
地址: 116024 遼*** 國省代碼: 遼寧;21
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 具有 多級 放大 功能 三維 超聲 橢圓 振動 切削 裝置
【說明書】:

發明提供一種具有多級放大功能的三維超聲橢圓振動切削裝置。由一維超聲縱向振動器,二維超聲縱彎復合振動器及刀具組成,一維超聲縱向振動器可輸出超聲縱向振動;二維超聲縱彎復合振動器可輸出超聲縱彎復合振動,將一維超聲縱向振動器布置在二維超聲縱彎復合振動器的徑向方向,激勵出二維超聲縱彎復合振動器的另一相彎曲振動,調整與輸出的縱彎復合振動的相位差,從而輸出由彎?縱?彎振動合成的三維超聲橢圓振動軌跡。本發明適應性強,可根據不同的切削應用場合和要求對輸出的三維超聲橢圓振動軌跡的進行調整,同時,由于在多個方向均存在超聲振動,改變了切屑流出的方向,并對已加工表面進行多次熨壓,可進一步減小刀具磨損,提高加工質量。

技術領域

本發明涉及超聲振動加工技術領域,尤其涉及一種具有多級放大功能的三維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”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二維超聲振動復合而成,一般將二維超聲振動施加在切削速度方向和切削深度方向,使刀具或工件在一個二維平面內進行橢圓振動,從而使切削過程具有上述特點和優勢。然而,在進給方向上施加超聲振動,可使切削刃更加鋒利,且可進一步降低切削力。所以,在繼承二維超聲橢圓振動切削技術的優勢的基礎上,本發明提出一種具有多級放大功能的三維超聲橢圓振動切削裝置,進一步降低了切削過程中的切削力,提高刀具的使用壽命,可在一定程度上解決硬脆難加工材料的三維復雜曲面的精密和超精密加工難題。

發明內容

為充分發揮超聲橢圓振動切削技術的優勢,本發明提供了一種具有多級放大功能的三維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:

一種具有多級放大功能的三維超聲橢圓振動切削裝置,由一維超聲縱向振動器,二維超聲縱彎復合振動器及刀具組成,一維超聲縱向振動器可輸出超聲縱向振動,二維超聲縱彎復合振動器可輸出超聲縱彎復合振動,所述一維超聲縱向振動器布置在二維超聲縱彎復合振動器的徑向方向,激勵出二維超聲縱彎復合振動器的另一相彎曲振動,從而輸出由彎-縱-彎振動合成的三維超聲橢圓振動軌跡,所述刀具通過緊定螺栓安裝在二維超聲縱彎復合振動器的輸出端。

所述的一維超聲縱向振動器包括預緊螺栓、后蓋板、壓電陶瓷堆及變截面前蓋板,可輸出超聲縱向振動,并對超聲振動進行第一次放大。

進一步地,二維超聲縱彎復合振動器包括后蓋板、中間板、兩組壓電陶瓷堆及變截面前蓋板,可輸出超聲縱彎復合振動,并對超聲振動進行第二次放大。

進一步地,二維超聲縱彎復合振動器,整體結構長度等于一個縱向振動的波長和四個彎曲振動的波長。

進一步地,一組壓電陶瓷堆安裝在二維超聲縱彎復合振動器的縱向振動的波峰位置處,激勵出復合振動器的縱向振動,另一組壓電陶瓷堆安裝在彎曲振動的波峰位置處,激勵出復合振動器的彎曲振動,從而使復合振動器呈現縱彎復合振動。

進一步地,用于激勵縱向振動的壓電陶瓷堆是由型號為PZT-4的圓環壓電陶瓷和電極片組成,利用壓電陶瓷較高工作效率的的d33工作模式;用于激勵彎曲振動的壓電陶瓷是由型號為PZT-4的半圓環壓電陶瓷和電極片,同樣利用壓電陶瓷較高工作效率的的d33工作模式。

進一步地,將一維超聲縱向振動器布置在二維超聲縱彎復合振動器的徑向方向,激勵出二維超聲縱彎復合振動器的另一相彎曲振動,調整與輸出的縱彎復合振動的相位差,從而輸出由彎-縱-彎振動合成的三維超聲橢圓振動軌跡。

進一步地,利用超聲電源向裝置輸入三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,分別調節三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。

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