[发明专利]钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置

说明书

本发明公开了钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置，涉及磨削加工设备领域，包括超声振动刀柄、刀具，超声振动刀柄中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有可以控制纵扭角度和速度的多级调节机构，多级调节机构安装在超声振动刀柄上。本发明设置有多级调节机构，通过多级调节机构的调节实现纵扭角度和速度可以根据需要调整以便适应不同加工需要的目的；使用倾角越大的纵扭导向组件，纵扭产生的角度越大，转动速度越快，使用倾角越小的纵扭导向组件，纵扭的角度越小，转动速度越慢。

技术领域

本发明涉及磨削加工设备领域，具体为钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置。

背景技术

为了提高碳纤维复合材料的耐烧蚀性能,Ti金属元素被引入复合材料中,形成了一类改性碳纤维复合材料。钛基碳纤维复合材料具有质轻、耐烧蚀、热化学性能稳定等优良特性,作为热防护部件被广泛应用于航空航天、交通能源等领域。该类材料是典型的难加工材料,碳纤维及基体均为硬脆性材料,硬度大、断裂韧性低,加工过程中切削力大,切削区域温度高,材料极易以脆性方式去除,加工表面质量差,刀具磨损严重。现有研究表明,磨削是该类材料较为可行的加工方式,但钛基碳纤维复合材料加工过程中切削力大，切削温度高。纤维切削角，即磨削方向与纤维方向的夹角是影响加工效率和加工质量的关键，同时，轴向切削力是复合材料分层损伤的关键。

然而正是这些特性增加了碳纤维等复合材料的加工难度，传统的加工方法加工效率低、成本高，限制了碳纤维等复合材料的进一步应用。随着科学技术的发展，特种加工应运而生，并且迅速发展。其中，作为特种加工的一种，旋转超声振动加工效率高、效果好，在碳纤维等复合材料加工领域广泛应用。然而旋转超声振动磨削加工轴向冲击力过大，影响碳纤维等复合材料的加工效果；而超声纵扭振动加工不受此限制，不仅可以大幅提高加工效率，降低切削力，提高加工表面质量和刀具寿命，还能够提高刀具系统的轴向、扭转以及弯曲刚度，在加工复合材料方面有更加优良的工艺效果。

超声纵扭加工中，常用到超声波变幅杆，超声波变幅杆是超声波振动系统中一个重要的组成部分，它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能，因此也称超声变速杆或超声聚能器。超声波变幅杆顾名思义就是配合超声波换能器改变超声波振动幅度的功能组件。其主要作用是改变换能器的振幅、提高振速比、提高效率，提高机械品质因数，加强耐热性，扩大适应温度范围，延长换能器的使用寿命。超声波换能器通过安装变幅杆调整了换能器与超声波工具头之间的负载匹配，减小了谐振阻抗，使其在谐振频率工作提高了电声转换效率，有效降低了超声波换能器的发热量，提高使用寿命。

现有的超声波变幅杆在制造完成后纵扭角度和速度即为固定，无法再根据实际情况进行调整，不能适用于不同的磨削需要。

发明内容

本发明的目的在于提供钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置，包括超声振动刀柄、刀具，超声振动刀柄中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，所述超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有可以控制纵扭角度和速度的多级调节机构，多级调节机构安装在超声振动刀柄上。

优选的，所述多级调节机构包括安装在超声振动刀柄下端的外套杆、滑动连接在外套杆上的控制组件和纵扭导向组件，所述超声波变幅杆下端设置有多组纵扭导向组件，外套杆包裹在超声波变幅杆外，通过控制组件在外套杆上滑动来控制决定使用哪组纵扭导向组件。

优选的，所述外套杆上端固定连接超声振动刀柄下端，外套杆中设置有用于连接控制组件、纵扭导向组件的空腔，外套杆上设置有若干连接杆槽，每相邻的两个连接杆槽之间设置有一个滑动槽，滑动槽在每组纵扭导向组件对应位置的高度上连接锁定槽，滑动槽、锁定槽均设置在外套杆上。