[发明专利]模态叠加式纵-扭复合超声振动加工方法及装置

说明书

本发明公开了一种模态叠加式纵‑扭复合超声振动加工方法及装置，它包括反射端、压电陶瓷、铜电极和变幅器，所述变幅器是阶梯型变幅杆与锥形变幅杆结合而成的圆锥过渡阶梯型复合变幅器，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，所述变幅器的圆柱过渡段上开设第一螺旋槽或斜槽，所述变幅器的发射端小端开设第二螺旋槽或斜槽，所述变幅器产生的纵向振动经所述第一螺旋槽或斜槽后，转换为频率相同且有一定相位差的纵‑扭复合振动，该纵‑扭复合振动经所述第二螺旋槽或斜槽后，在刀具的径向实现模态叠加式的纵‑扭复合振动，从而获得稳定且精确可控的复合振动，且有效提高了超声加工系统的扭转振动分量。

技术领域：

本发明涉及一种超声振动加工机械领域，特别是涉及一种模态叠加式纵-扭复合超声振动加工方法及装置。

背景技术：

随着现代产品中硬脆材料所占比例越来越大，对机械零件加工质量的要求越来越高，超声加工技术得到了广泛的应用。传统的超声加工较多采用单一振动或者两种振动经过转换形成的复合振动形式，随着超声振动理论与实践的不断改进和完善，复合振动形式得到了发展。研究表明，在纵-扭复合振动形式下，硬脆材料的被加工表面、磨削稳定性及砂轮使用寿命得到大幅度改善，应不同应用空间的要求，不仅需对工件或刀具施加不同方向的超声振动，且在保证较大的输出振幅的情况下，结构尺寸也应满足空间位置的要求。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、减小占用空间、纵-扭复合振动效果好且有效提高超声加工系统扭转振动分量的模态叠加式纵-扭复合超声振动加工方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种模态叠加式纵-扭复合超声振动加工方法，将阶梯型变幅杆与锥形变幅杆优势互补，形成圆锥过渡阶梯型复合变幅器，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，根据超声系统内部满足“半波长”叠加规律，对压电陶瓷片、铜电极及反射端进行两段式换能器夹心式设计，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，在变幅器的圆柱过渡段上开设第一螺旋槽或斜槽，在变幅器的发射端小端开设第二螺旋槽或斜槽，变幅器产生的纵向振动经第一螺旋槽或斜槽后，转换为频率相同且有一定相位差的纵-扭复合振动，该纵-扭复合振动经第二螺旋槽或斜槽后，在刀具的径向实现模态叠加式的纵-扭复合振动的输出。

第一螺旋槽和第二螺旋槽的结构参数包括螺旋槽的旋向、线数、深度、宽度以及螺旋角的参数，第一斜槽和第二斜槽的结构参数包括线数、深度、宽度以及角度的参数，通过调整上述结构参数来实现两槽间的耦合，寻找最佳耦合比，以达到最佳的纵-扭分量比，从而在发射端小端上输出模态叠加式的纵-扭复合振动，获得稳定且精确可控的复合振动，且有效提高了超声加工系统的扭转振动分量。

在第一螺旋槽或斜槽以及第二螺旋槽或斜槽之间的过渡面上设置法兰盘，并且，第一螺旋槽或斜槽以及第二螺旋槽或斜槽的旋向或斜向相同。在变幅器大端处开设内螺纹孔，利用高强度外六方螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅器进行螺纹连接。

将各接触面、圆周面进行精磨，达到粗糙度及跳动要求；使相邻压电陶瓷片纵向极化方向相反，压电陶瓷片净化后采用专业粘合剂粘合，并进行老化处理。

一种模态叠加式纵-扭复合超声振动加工装置，包括反射端、压电陶瓷、铜电极和变幅器，所述变幅器是阶梯型变幅杆与锥形变幅杆结合而成的圆锥过渡阶梯型复合变幅器，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，所述变幅器的圆柱过渡段上开设第一螺旋槽或斜槽，所述变幅器的发射端小端开设第二螺旋槽或斜槽，所述变幅器产生的纵向振动经所述第一螺旋槽或斜槽后，转换为频率相同且有一定相位差的纵-扭复合振动，该纵-扭复合振动经所述第二螺旋槽或斜槽后，在刀具的径向实现模态叠加式的纵-扭复合振动的输出。