[发明专利]40KHz两用超声辅助车削装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声辅助车削加工领域，尤其涉及一种高频两用超声辅助车削装置。

背景技术

超声辅助车削，是指车刀在传统正常切削过程中，刀尖同时参与频率为20～50KHz的高频振动的车削形式。利用这种振动切削，使在普通车床上进行超精密加工成为现实，即可以达到圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度均接近零误差，实现以车代磨。根据超声辅助车削系统中高频振动方向与车削速度方向，进给量速度方向的关系，可将超声辅助车削系统分为两类：刀尖高频机械振动与车削速度方向一致，即高频机械振动方向为工件旋转周向；刀尖高频机械振动与车削进给量速度方向一致，即高频机械振动方向为工件轴向。在刀尖高频机械振动与车削速度方向一致的超声辅助车削中，刀片与切削工件的分离作用是振动切削最根本的特点，正是这一特点才使得刀尖每次能以极大的加速度冲击工件进行切削，可以降低切削力和切削温度，可以极大改善切削性能，提高切削效率。在刀尖高频机械振动与进给量速度一致的超声辅助车削中，高频振动的振幅叠加在进给量上，去除了一些表面残余切削面积，提高了表面加工质量。根据表面粗糙度的形成机理，在高频振动振幅足够大，进给量足够小且不引发颤振的条件下，可实现车削表面的镜面加工。

目前超声辅助车削装置在原理和机构上主要可以分为两大类刀片共振装置：一种是纵向-横向弯曲振动刀片系统，是将纵向谐振变幅杆的振动传给刀片，激励刀片产生横向共振，得到刀尖的最大振幅；另一种是纵向振动刀片系统，即变幅杆与刀片直接连接，并带动刀片振动。

然而，目前常见的这些刀片共振装置的性能普遍不佳，一方面，纵向-横向弯曲振动刀片系统不能保证刀尖的精确的振动方向；再者，纵向振动刀片装置由于刀片直接安装在变幅杆上，需要专用刀片，因此存在刀片制造，调整复杂问题，同时由于机床结构的限制，振动切削装置不能沿机床纵向移动，使用不便。

在现有技术中，针对刀尖在振动方向上精确低的问题，业界一般采用工作频率为20KHz左右的超声波振动车削系统及方法，如发明人李志等在CN101912979A专利中提出了一种轴类零件的超声波振动车削系统及方法，该装置针对轴类零件，尤其是超长轴类的加工，可有效降低加工过程中的温度及切削力，降低工件变形，提高表面质量，实现轴类零件的高质量加工。

然而，本领域技术人员清楚，现有技术的这种超声波振动车削系统及方法，仅能完成高频振动方向与车削速度方向一致的超声辅助切削，且该装置的工作频率为20KHz，与目前国内其它超声辅助车削装置一样，都是小于40KHz而位于20～30KHz范围内，基于驻波的特点，频率的降低将引发两相邻波节间距离的增大，导致超声辅助车削装置的长度与体积增大，所以会造成使用不便。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种高频两用超声辅助车削装置，以大幅提高超声辅助车削装置在使用中的灵活性和互换性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种高频两用超声辅助车削装置，以在提高能量传递效率的基础上，大幅提高超声辅助车削装置在使用中的灵活性和互换性，并且要求其结构简单，易于推广及使用。

为实现上述目的，本发明提供了一种40KHz两用超声辅助车削装置，其通过40KHz的工作频率，以及夹具基板与机床接口块的互成90度的两种安装方位和两用刀杆上相应的两个刀片的安装位置，实现了该装置的小型化，并提高了该装置的切削性能，还实现了高频机械振动方向与切削速度方向以及刀片进给运动方向一致的两种辅助加工方式，提高了该装置在使用中的灵活性和互换性。本发明的具体方案如下所述：

一种40KHz两用超声辅助车削装置，包括刀片、换能器和调幅器，所述换能器与所述调幅器通过螺纹连接，所述调幅器上有调幅器夹持节点；还包括机床接口块、夹具基板、两用刀杆、调幅器夹紧块和两用刀杆夹紧块；所述夹具基板上有两个所述机床接口块的安装位置；所述两用刀杆上有两用刀杆夹持节点，所述夹具基板上有所述调幅器夹紧块和所述两用刀杆夹紧块，所述两用刀杆夹紧块和所述调幅器夹紧块分别位于所述两用刀杆夹持节点处和所述调幅器夹持节点处；所述两用刀杆有两个所述刀片的安装位置；所述两用刀杆与所述调幅器相连接；所述换能器在超声发生器驱动下工作，所述超声发生器输出高频交流电信号频率为40KHZ。

优选地，所述夹具基板上的每个所述安装位置包括两个螺栓孔，一个所述安装位置的两个所述螺栓孔的连线与另一个所述安装位置的两个所述螺栓孔的连线成90度夹角，所述机床接口块通过螺栓连接固定在两个所述安装位置中的任一个所述安装位置上。