[发明专利]一种具有多级放大功能的三维超声椭圆振动切削装置

说明书

本发明提供一种具有多级放大功能的三维超声椭圆振动切削装置。由一维超声纵向振动器，二维超声纵弯复合振动器及刀具组成，一维超声纵向振动器可输出超声纵向振动；二维超声纵弯复合振动器可输出超声纵弯复合振动，将一维超声纵向振动器布置在二维超声纵弯复合振动器的径向方向，激励出二维超声纵弯复合振动器的另一相弯曲振动，调整与输出的纵弯复合振动的相位差，从而输出由弯‑纵‑弯振动合成的三维超声椭圆振动轨迹。本发明适应性强，可根据不同的切削应用场合和要求对输出的三维超声椭圆振动轨迹的进行调整，同时，由于在多个方向均存在超声振动，改变了切屑流出的方向，并对已加工表面进行多次熨压，可进一步减小刀具磨损，提高加工质量。

技术领域

本发明涉及超声振动加工技术领域，尤其涉及一种具有多级放大功能的三维超声椭圆振动切削装置。

背景技术

随着精密超精密技术的迅速发展，超声椭圆振动切削技术受到越来越多的关注。相比一维超声振动切削，超声椭圆振动切削过程具有“摩擦力反转”、“变角度切削”及更加彻底“刀具-工件分离”等特点，从而有效延长刀具寿命、提高切削表面光洁度和切削稳定性、抑制毛刺和再生颤振等。

现有的超声椭圆振动切削装置多是由二维超声振动复合而成，一般将二维超声振动施加在切削速度方向和切削深度方向，使刀具或工件在一个二维平面内进行椭圆振动，从而使切削过程具有上述特点和优势。然而，在进给方向上施加超声振动，可使切削刃更加锋利，且可进一步降低切削力。所以，在继承二维超声椭圆振动切削技术的优势的基础上，本发明提出一种具有多级放大功能的三维超声椭圆振动切削装置，进一步降低了切削过程中的切削力，提高刀具的使用寿命，可在一定程度上解决硬脆难加工材料的三维复杂曲面的精密和超精密加工难题。

发明内容

为充分发挥超声椭圆振动切削技术的优势，本发明提供了一种具有多级放大功能的三维超声椭圆振动切削装置，具有较强的适应性。本发明采用的技术手段如下：

一种具有多级放大功能的三维超声椭圆振动切削装置，由一维超声纵向振动器，二维超声纵弯复合振动器及刀具组成，一维超声纵向振动器可输出超声纵向振动，二维超声纵弯复合振动器可输出超声纵弯复合振动，所述一维超声纵向振动器布置在二维超声纵弯复合振动器的径向方向，激励出二维超声纵弯复合振动器的另一相弯曲振动，从而输出由弯-纵-弯振动合成的三维超声椭圆振动轨迹，所述刀具通过紧定螺栓安装在二维超声纵弯复合振动器的输出端。

所述的一维超声纵向振动器包括预紧螺栓、后盖板、压电陶瓷堆及变截面前盖板，可输出超声纵向振动，并对超声振动进行第一次放大。

进一步地，二维超声纵弯复合振动器包括后盖板、中间板、两组压电陶瓷堆及变截面前盖板，可输出超声纵弯复合振动，并对超声振动进行第二次放大。

进一步地，二维超声纵弯复合振动器，整体结构长度等于一个纵向振动的波长和四个弯曲振动的波长。

进一步地，一组压电陶瓷堆安装在二维超声纵弯复合振动器的纵向振动的波峰位置处，激励出复合振动器的纵向振动，另一组压电陶瓷堆安装在弯曲振动的波峰位置处，激励出复合振动器的弯曲振动，从而使复合振动器呈现纵弯复合振动。

进一步地，用于激励纵向振动的压电陶瓷堆是由型号为PZT-4的圆环压电陶瓷和电极片组成，利用压电陶瓷较高工作效率的的d33工作模式；用于激励弯曲振动的压电陶瓷是由型号为PZT-4的半圆环压电陶瓷和电极片，同样利用压电陶瓷较高工作效率的的d33工作模式。

进一步地，将一维超声纵向振动器布置在二维超声纵弯复合振动器的径向方向，激励出二维超声纵弯复合振动器的另一相弯曲振动，调整与输出的纵弯复合振动的相位差，从而输出由弯-纵-弯振动合成的三维超声椭圆振动轨迹。

进一步地，利用超声电源向装置输入三相相同频率但具有一定相位差的超声激励信号，从而实现装置的超声椭圆振动轨迹的输出，分别调节三相激励信号的激励电压和相位差，从而实现对输出的椭圆振动轨迹的调整。