[发明专利]新型弯-扭复合振动超声切削方法及装置

说明书

本发明公开了一种新型弯‑扭复合振动超声切削方法及装置，其所述变幅器设置一个小端和两个个大端，其中，第一、第二大端沿变幅器径向分布且互相垂直，所述两个大端上分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极；所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具。本发明两组陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，经变幅器特殊结构将第一、第二大端处两组纵向振动力F₁、F₂复合，其中水平方向的力F_1X、F_2X大小相等方向相反相互抵消，竖直方向的振动方向相同复合得到力F_Y产生弯曲振动。当振动沿变幅器主体的水平方向传播时，在螺旋槽的模态转换作用下产生扭振。最终在输出端得到弯‑扭复合振动。

技术领域：

本发明涉及一种超声振动加工设备，特别是涉及一种新型弯-扭复合振动超声切削方法及装置。

背景技术：

伴随着航空航天工业的飞速发展，硬脆材料的应用领域也不断扩大。但是由于硬脆材料自身的性质，硬脆材料的精密超精密加工一直是一个难题。近年来，随着超声辅助加工技术的迅速发展，为这一难题的解决提供了新的思路。然而单一方向的振动在实际加工中有局限性，刀具后刀面与工件已加工表面之间存在高频摩擦及刀具在切削过程中受到不断变化的交变拉压应力，刀具容易疲劳崩刃。而复合振动加工技术就能将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力，降低了切削温度及切削力，提高了加工精度。

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、弯-扭复合振动效果好且有效减小切削力的新型弯-扭复合振动超声切削方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种新型弯-扭复合振动超声切削方法，包括以下步骤：

a、将变幅器设计为一个小端和两个大端，其中，第一大端和第二大端沿变幅器径向分布且互相垂直，在第一、第二大端上分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极；

b、将所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具，两组陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，经变幅器特殊结构将第一大端和第二大端处两组振动复合，其中水平方向大小相等方向相反的振动相互抵消，竖直方向的振动叠加，在输出端得到弯曲振动；

c、变幅器前端锥体表面开有螺旋槽或斜槽，当振动沿变幅器主体的水平方向传播时，靠近中心的部分振动模态不变，沿表面传播的部分在遇到螺旋槽或斜槽时，振动产生的惯性力F被分解成两部分纵向作用力分量F_L及剪切作用力分量F_T，其中纵向作用力分量F_L沿着变幅杆轴线方向；而截面上任一点的剪切作用力分量F_T垂直于变幅杆半径的方向，纵向力保持振动模态不变，而剪切作用力将驱使变幅器产生扭转振动；

d、设置一个框架，在框架上设置两个侧板，在每个侧板上分别设置一个肋板，将两个大端分别固定在两个肋板上；

e、根据加工要求不同，分别控制两组输入压电陶瓷片的激励信号，从而控制以扭振或者弯-扭复合振动状态工作。

第一大端和第二大端的参数包括高度、直径和倾角，通过调整上述参数可以控制弯曲振幅。螺旋槽或斜槽的参数包括槽宽、槽深、螺旋角、旋向和线数，通过调整以上参数可以控制扭转振幅。

变幅器的前端结构是锥形、柱形或悬链线形；车刀固定在发射端根据加工需要可以修改刀具接口替换为镗刀，进行超声镗孔。

在每个大端上均设置一个法兰盘，并且，每一法兰盘的中心设置一个螺纹孔，两个法兰盘分别与固结在侧板上的肋板通过螺栓连接，侧板又通过螺栓与框架连接，顶部留有穿线孔方便与电源连接。