[发明专利]一种复频超声振动加工装置

说明书

本发明提供了一种复频超声振动加工装置，包括：至少两个低频超声换能器、两个高频超声换能器、一个柔性矩形薄板、两个圆柱型导波带、一个工具头、一个工具头固定夹具、一个刀具座、四个内六角螺钉、一个内六角紧定螺钉。本发明增强了刀具头的冲击力，在获得高质量加工表面的同时，缩短了加工周期、延长了刀具寿命；且此装置还有结构简单，体积较小，安装比较方便的特点。

技术领域

本发明涉及超声振动加工技术领域，特别是涉及对于低频超声振动加工装置和高频超声振动加工装置的改进和集成，具体为一种复频超声振动加工装置。

背景技术

超声振动加工装置是一种利用超声频作振幅振动的工具。从上世纪七十年代起，一些学者就把超声振动引入了精密切削加工中。超声振动切削技术经过数十年的发展而不断进步，最早提出的是一维超声振动切削技术，虽然能有效降低切削力，提高脆性材料延性去除临界切削深度，改善表面加工质量，但一维往复高频振动的刀尖轨迹极易加快刀具磨损和发生崩刀。到了上个世纪末，国外学者又在一维的基础上提出了二维超声加工的概念，刀具轨迹由两个方向的振动合成，形成了椭圆振动轨迹。椭圆振动切削不仅拥有传统振动切削的优势，而且尽可能避免了后刀面与已加工表面之间的摩擦，进一步提高了工件表面质量和刀具使用寿命。但是，目前针对一些粘性材料、纤维材料和高硬度难加工材料，特别是针对航空航天类的相关零部件，普通的二维超声振动加工装置仍然存在切削加工时冲击力不够、加工表面光洁度不够、刀具磨损较严重，导致加工零件周期变长等问题。本文针对以上的种种现象与问题，在难加工材料的精密加工领域，与此领域相关的精密加工技术和精密加工装置仍有很大的研究空间。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种复频超声振动加工装置，旨在能够解决现有技术中的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复频超声振动加工装置，包括：至少两个低频超声换能器、两个高频超声换能器、一个柔性矩形薄板、两个圆柱型导波带、一个工具头、一个工具头固定夹具、一个刀具座、四个内六角螺钉、一个内六角紧定螺钉；两个低频超声换能器通过一个柔性矩型薄板相连接，利用其受激励易产生弯曲变形的特征，确保在低频部分由两个低频超声换能器耦合出大的椭圆运动轨迹；两个高频超声换能器通过两个圆柱型导波带分别与工具头的上边和侧边以焊接的方式相连接，利用导波带具有单向动态刚性且声负载阻抗很小的特征，确保在高频部分由两个高频超声换能器耦合出小的椭圆运动轨迹；工具头固定夹具和矩形薄板相连接，其中间做成空心结构以便工具头的装配；工具头竖直插入固定夹具的空心结构中，然后在其的左右两侧通过四个内六角螺钉加以固定；刀具座安装在工具头的前端，通过一个内六角紧定螺钉固定，刀具座的最前端固定有用于超声加工的单晶金刚石刀具；超声加工时，低频部分产生大的椭圆运动轨迹，高频部分产生小的椭圆运动轨迹，最终在工具头处耦合输出复频超声加工的运动轨迹。

进一步地，所述的两个低频超声换能器通过一个柔性矩形薄板相连接。柔性矩形薄板具有受到激励容易产生弯曲变形的特性，当给予两个低频超声换能器激励时，可以确保在矩形薄板上耦合产生出一个大的椭圆运动轨迹。

进一步地，所述的两个高频超声换能器通过两个圆柱型导波带分别与工具头的上边和侧边以焊接的方式相连接。圆柱型导波带具有单向动态刚性特征，且声负载阻抗特别小，当给予两个高频超声换能器激励时，可以确保耦合产生出一个小的椭圆运动轨迹。

进一步地，所述的高频超声换能器设为纵向振动输出，其振动输出端与圆柱型导波带的轴线呈同轴相连接。

进一步地，所述的圆柱型导波带可以是一条导波线或是多条导波线的集合，此装置中的导波带应分为两组，且其长度大于该导波带所连接超声换能器的激励的频率的振动波的半波长度。

进一步地，所述的两组圆柱型导波带，一组导波带连接于其中一个高频超声换能器和工具头上端面的中心位置，另一组导波带连接于另一个高频超声换能器和工具头侧面，其侧面的连接位置设在能够使工具头产生弯曲振动变形的波峰/波谷处。