[发明专利]变维振动辅助钻削装置及轨迹产生方法

权利要求书

1.一种变维振动辅助钻削装置，其特征在于：

该振动辅助钻削装置包括套筒(6)、压电换能器(5)、变幅杆(8-1)；

上述压电换能器(5)布置在上述套筒(6)内；

上述压电换能器(5)包括预紧力螺栓(5-1)，以及布置于预紧力螺栓(5-1)上的轴向压电陶瓷组、径向压电陶瓷组(5-12)以及相应的电极片、绝缘垫片；轴向压电陶瓷组和径向压电陶瓷组之间设有用于隔绝轴向位移信号和径向位移信号、减小两者之间的耦合的中间垫块(5-9)；预紧力螺栓(5-1)还安装有用于反射声波、聚集能量，提高功率的后盖板(5-3)；上述轴向压电陶瓷组即为Z方向压电陶瓷组(5-6)；其中径向压电陶瓷组(5-12)上具有X方向压电陶瓷区(5-12-1,5-12-2)和Y方向压电陶瓷区(5-12-3,5-12-4)；上述Z方向压电陶瓷组(5-6)、径向压电陶瓷组(5-12)的X方向压电区、Y方向压电区，三者输入信号均相对独立，不同的输入信号组合可以在刀具端产生不同维度的振动；

上述变幅杆(8-1)为整体结构，根据杆的波动方程,结合有限元仿真软件进行设计，采用1/4波长圆锥阶梯型复合变幅形式，依次由一段圆锥形柱和两段圆柱连接构成；

上述套筒(6)下端连接变幅杆(8-1)的大端；上述预紧力螺栓(5-1)下端连接到变幅杆(8-1)的大端中心；

上述变幅杆(8-1)下端安装有用于将刀具连接到变幅杆上的刀具连接机构；上述套筒(6)上端安装有用于将该振动辅助钻削装置连接到机床工作台的机床安装刀柄(1)；上述套筒(6)外侧安装有用于传递电信号的滑环(3)。

2.权利要求1所述的变维振动辅助钻削装置的振动轨迹产生方法，其特征在于：

在变维振动辅助钻削装置中，分别采用三种不同的信号输入方式，具有三种振动轨迹产生方法：一维振动轨迹产生方法、二维椭圆振动轨迹的产生方法和三维复合振动轨迹产生方法；

其中一维振动轨迹产生方法是通过在Z方向压电陶瓷组(5-6)上施加电压驱动信号，使得变幅杆产生轴向振动，进而在刀具端产生一维振动轨迹；

其中二维椭圆振动轨迹产生方法是通过在X方向压电陶瓷组、Y方向压电陶瓷组施加电压驱动信号，使得变幅杆产生X-Y方向上的弯曲振动，进而在刀具端产生二维椭圆振动轨迹；

其中三维复合振动轨迹产生方法是在Z方向压电陶瓷组(5-6)、X方向压电陶瓷区、Y方向压电陶瓷区均施加电压驱动信号，使变幅杆产生纵弯振动，进而在刀具端产生三维复合振动轨迹；

此外，由于变幅杆各阶振动频率不同，使得发生Z轴共振时的频率和发生X轴和Y轴共振时的频率有所不同，为了使得三个方向上均有较大的位移放大，因此Z轴方向上压电陶瓷上施加的频率和X、Y轴方向上压电陶瓷施加的频率不同；

此外，中间垫块(5-9)、后盖板(5-3)尺寸的改变、预紧力的变化会对整个振动单元的振动参数有所改变；不同的信号输入方式可以实现装置在一维轴向、二维椭圆和三维复合这三种不同振动形式之间的自由切换。