一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置制造方法
【專利摘要】一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，屬于復(fù)合超聲振動(dòng)切削加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置。本發(fā)明采用超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)鉆削或銑削，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，加工省時(shí)省力。本發(fā)明包括同軸設(shè)置的加工刀具、超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)和裝夾錐柄，超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)由預(yù)緊螺栓、定位卡盤、電極片、絕緣片、絕緣套、壓電陶瓷片、扭轉(zhuǎn)變幅體、變幅桿及集流環(huán)組成，所述加工刀具固定在變幅桿的底部，裝夾錐柄固定在定位卡盤的頂部。
【專利說明】一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合超聲振動(dòng)切削加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天、半導(dǎo)體和電子工程的發(fā)展，晶體硅、光學(xué)玻璃、工程陶瓷等硬脆難加工材料在這些工程中獲得廣泛應(yīng)用，但由于這些硬脆材料成形加工十分困難，嚴(yán)重影響了這些難加工材料的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，使這些硬脆性難加工材料的高精度切削加工技術(shù)成為世界各國(guó)制造業(yè)的一個(gè)重要研究課題。超聲振動(dòng)切削技術(shù)在硬脆性難加工材料的超精密加工中表現(xiàn)出優(yōu)良的工藝特性，受到國(guó)際學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的普遍重視。現(xiàn)有的超聲波振動(dòng)切削裝置主要有一維超聲振動(dòng)鉆削、銑削、車削，二維復(fù)合的超聲振動(dòng)鉆削、銑削以及二維橢圓超聲振動(dòng)切削等。與一維超聲振動(dòng)切削相比，二維復(fù)合的超聲振動(dòng)切削可進(jìn)一步提高工件的加工精度、降低工件的表面粗糙度、有效減小切削力、增加材料去除率、延長(zhǎng)刀具壽命和顯著提高加工效率等，但是二維復(fù)合的超聲振動(dòng)切削至少需要二個(gè)超聲振動(dòng)源，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易控制及成本高等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，該裝置采用超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)鉆削或銑削，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，加工省時(shí)省力。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，包括同軸設(shè)置的加工刀具、超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)和裝夾錐柄，超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)由預(yù)緊螺栓、定位卡盤、電極片、絕緣片、絕緣套、壓電陶瓷片、扭轉(zhuǎn)變幅體、變幅桿及集流環(huán)組成，集流環(huán)設(shè)置在變幅桿的頂部，扭轉(zhuǎn)變幅體設(shè)置在集流環(huán)的頂部，扭轉(zhuǎn)變幅體為倒置的圓筒形結(jié)構(gòu)，在扭轉(zhuǎn)變幅體的外側(cè)壁上、沿著圓周方向設(shè)置有柵格組，柵格組為若干個(gè)相互平行的通槽，通槽傾斜設(shè)置，在扭轉(zhuǎn)變幅體的頂部設(shè)置有預(yù)緊螺栓，在扭轉(zhuǎn)變幅體的上方、預(yù)緊螺栓的頂部固定有定位卡盤，在定位卡盤與扭轉(zhuǎn)變幅體頂部之間的預(yù)緊螺栓上設(shè)置有絕緣套，在扭轉(zhuǎn)變幅體頂部與定位卡盤之間、絕緣套的外側(cè)設(shè)置有上、下壓電陶瓷片，上、下壓電陶瓷片相鄰端面的極性相同；在上壓電陶瓷片與定位卡盤之間、下壓電陶瓷片與扭轉(zhuǎn)變幅體之間的絕緣套外分別設(shè)置有上、下絕緣片；在上絕緣片與上壓電陶瓷片之間、下壓電陶瓷片與下絕緣片之間及上、下壓電陶瓷片之間的絕緣套外分別設(shè)置有上、下、中電極片，所述加工刀具固定在變幅桿的底部,裝夾錐柄固定在定位卡盤的頂部。
[0005]所述扭轉(zhuǎn)變幅體上設(shè)置有固定盤，固定盤與集流環(huán)、變幅桿通過螺栓相連接。
[0006]在所述扭轉(zhuǎn)變幅體的頂部設(shè)置有通孔，預(yù)緊螺栓的底部穿過通孔設(shè)置在扭轉(zhuǎn)變幅體內(nèi)，且與扭轉(zhuǎn)變幅體內(nèi)的螺母相配合。
[0007]所述裝夾錐柄采用莫氏錐柄結(jié)構(gòu)。[0008]所述加工刀具與變幅桿的底部之間通過夾頭相連接。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
[0010]本發(fā)明只需一個(gè)超聲振動(dòng)源，即可實(shí)現(xiàn)縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、成本低、安裝方便、加工省時(shí)省力，具體優(yōu)勢(shì)如下:
[0011]1、本發(fā)明采用了超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)，即在一個(gè)超聲頻率縱向振動(dòng)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)與縱向振動(dòng)的超聲頻率相同的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，進(jìn)一步提高了鉆削或銑削的加工性能；
[0012]2、本發(fā)明在振動(dòng)鉆削或銑削加工過程中，加工刀具與工件是非連續(xù)性接觸，時(shí)切時(shí)離，加工刀具的運(yùn)動(dòng)速度和方向不斷地變化，解決了鉆削或銑削時(shí)存在的切削力大、刀具壽命低、加工質(zhì)量差、排屑困難等問題；
[0013]3、本發(fā)明除了可完成對(duì)各種零件的超聲鉆削外，還可以進(jìn)行超聲銑削，用以加工不銹鋼、復(fù)合材料等難加工材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為圖1的側(cè)視剖視圖；
[0016]圖3為圖1的A-A剖視圖；
[0017]圖中，I一加工刀具，2—夾頭，3—變幅桿，4一扭轉(zhuǎn)變幅體，5—電極片，6—裝夾錐柄，7-絕緣片，8—預(yù)緊螺栓，9一定位卡盤，10—壓電陶瓷片，11-絕緣套，12-墊片，13—螺母，14—集流環(huán)，15—固定盤，16—柵格組。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]如圖1?圖3所示，一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，包括同軸設(shè)置的加工刀具1、超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)和裝夾錐柄6，超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)由預(yù)緊螺栓8、定位卡盤9、電極片5、絕緣片7、絕緣套11、壓電陶瓷片10、扭轉(zhuǎn)變幅體4、變幅桿3及集流環(huán)14組成，集流環(huán)14設(shè)置在變幅桿3的頂部，扭轉(zhuǎn)變幅體4設(shè)置在集流環(huán)14的頂部，扭轉(zhuǎn)變幅體4為倒置的圓筒形結(jié)構(gòu)，在扭轉(zhuǎn)變幅體4的外側(cè)壁上、沿著圓周方向設(shè)置有柵格組16，柵格組16為若干個(gè)相互平行的矩形通槽，矩形通槽傾斜設(shè)置，在扭轉(zhuǎn)變幅體4的頂部設(shè)置有預(yù)緊螺栓8，在扭轉(zhuǎn)變幅體4的上方、預(yù)緊螺栓8的頂部固定有定位卡盤9，在定位卡盤9與扭轉(zhuǎn)變幅體4頂部之間的預(yù)緊螺栓8上設(shè)置有絕緣套11，在扭轉(zhuǎn)變幅體4頂部與定位卡盤9之間、絕緣套11的外側(cè)設(shè)置有上、下壓電陶瓷片，上、下壓電陶瓷片相鄰端面的極性均為負(fù)極，上壓電陶瓷片的上端面、下壓電陶瓷片的下端面的極性均為正極，在上壓電陶瓷片10與定位卡盤9之間、下壓電陶瓷片10與扭轉(zhuǎn)變幅體4之間的絕緣套11外分別設(shè)置有上、下絕緣片7 ;在上絕緣片7與上壓電陶瓷片10之間、下壓電陶瓷片10與下絕緣片之間及上、下壓電陶瓷片之間的絕緣套11外分別設(shè)置有上、下、中電極片，所述加工刀具I固定在變幅桿3的底部，裝夾錐柄6通過螺栓固定在定位卡盤9的頂部。
[0020]所述柵格組16與水平面呈27°夾角，柵格組16的橫截面為倒梯形。
[0021]所述扭轉(zhuǎn)變幅體4上設(shè)置有固定盤15，固定盤15與集流環(huán)14、變幅桿3通過螺栓相連接。[0022]在所述定位卡盤9上設(shè)置有階梯孔，預(yù)緊螺栓8的頂部設(shè)置在階梯孔內(nèi)，在所述扭轉(zhuǎn)變幅體4的頂部設(shè)置有通孔，預(yù)緊螺栓8的底部穿過通孔設(shè)置在扭轉(zhuǎn)變幅體4內(nèi)，且與扭轉(zhuǎn)變幅體4內(nèi)的螺母13相配合，在預(yù)緊螺栓8上、扭轉(zhuǎn)變幅體4頂部與螺母13之間設(shè)置有墊片12。
[0023]所述裝夾錐柄6采用莫氏錐柄結(jié)構(gòu)，用于裝夾在機(jī)床主軸上。
[0024]所述加工刀具I與變幅桿3的底部之間通過鉆銑夾頭2相連接。
[0025]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本實(shí)施例的使用過程:
[0026]如圖1?圖3所示，本實(shí)施例的加工刀具I采用鉆頭，以在不銹鋼的面板上鉆削直徑為1mm、深徑比為10的孔為例。首先，將本發(fā)明的中電極片與集流環(huán)14通過導(dǎo)線相連，上、下電極片通過導(dǎo)線相連后再通過導(dǎo)線與集流環(huán)14相連，中電極片與上、下電極片的極性相反；本發(fā)明的集流環(huán)14與電刷相配合，電刷的輸出端與超聲波發(fā)生器的輸入端通過導(dǎo)線相連，本發(fā)明的裝夾錐柄6裝夾在機(jī)床主軸上，對(duì)鉆頭進(jìn)行定位。
[0027]啟動(dòng)機(jī)床電源,機(jī)床主軸高速旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)本發(fā)明裝置同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器將30kHz的超聲激勵(lì)信號(hào)通過電刷傳遞給集流環(huán)14，集流環(huán)14再將超聲激勵(lì)信號(hào)傳遞給電極片5，進(jìn)而使壓電陶瓷片10通過其自身具有的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生周期性膨脹、收縮，將超聲激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成30kHz的超聲頻率的縱向振動(dòng)。機(jī)床主軸豎直向下平移，帶動(dòng)本發(fā)明裝置向下運(yùn)動(dòng)，與面板接觸后，向上的縱向抗力產(chǎn)生，當(dāng)壓電陶瓷片10膨脹時(shí)，其向下作用力與縱向抗力一同壓縮扭轉(zhuǎn)變幅體4的柵格組16，使其產(chǎn)生彈性扭轉(zhuǎn)形變，當(dāng)壓電陶瓷片10收縮時(shí)，柵格組16受到的壓縮力變小，彈性扭轉(zhuǎn)形變恢復(fù)，如此循環(huán)則形成周期性彈性扭轉(zhuǎn)形變與恢復(fù)，由此產(chǎn)生30kHz的超聲頻率的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(與縱向振動(dòng)的超聲頻率相同)，其與前述的縱向振動(dòng)復(fù)合之后，最終經(jīng)過變幅桿3的聚能作用在鉆頭端形成IOum?15um振幅的縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)。
[0028]鉆削時(shí)，機(jī)床主軸豎直向下平移，帶動(dòng)本發(fā)明裝置向下運(yùn)動(dòng)，以IOum?15um振幅振動(dòng)的鉆頭進(jìn)入到面板內(nèi)部進(jìn)行鉆削，當(dāng)鉆頭鉆入到所需深度后，機(jī)床主軸豎直向上平移，鉆頭退出面板，直至達(dá)到初始位置后停止；如此循環(huán)，直至加工出直徑為1mm、深徑比為10的孔。
[0029]若加工刀具I采用銑刀，則能實(shí)現(xiàn)銑削加工功能。超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)在切削過程中帶動(dòng)銑刀作高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)產(chǎn)生規(guī)律的超聲頻率縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng),形成復(fù)合振動(dòng)銑削功能，滿足了難加工材料的相應(yīng)銑削加工。
【權(quán)利要求】
1.一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，其特征在于包括同軸設(shè)置的加工刀具、超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)和裝夾錐柄，超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)由預(yù)緊螺栓、定位卡盤、電極片、絕緣片、絕緣套、壓電陶瓷片、扭轉(zhuǎn)變幅體、變幅桿及集流環(huán)組成，集流環(huán)設(shè)置在變幅桿的頂部，扭轉(zhuǎn)變幅體設(shè)置在集流環(huán)的頂部，扭轉(zhuǎn)變幅體為倒置的圓筒形結(jié)構(gòu)，在扭轉(zhuǎn)變幅體的外側(cè)壁上、沿著圓周方向設(shè)置有柵格組，柵格組為若干個(gè)相互平行的通槽，通槽傾斜設(shè)置，在扭轉(zhuǎn)變幅體的頂部設(shè)置有預(yù)緊螺栓，在扭轉(zhuǎn)變幅體的上方、預(yù)緊螺栓的頂部固定有定位卡盤，在定位卡盤與扭轉(zhuǎn)變幅體頂部之間的預(yù)緊螺栓上設(shè)置有絕緣套，在扭轉(zhuǎn)變幅體頂部與定位卡盤之間、絕緣套的外側(cè)設(shè)置有上、下壓電陶瓷片，上、下壓電陶瓷片相鄰端面的極性相同；在上壓電陶瓷片與定位卡盤之間、下壓電陶瓷片與扭轉(zhuǎn)變幅體之間的絕緣套外分別設(shè)置有上、下絕緣片；在上絕緣片與上壓電陶瓷片之間、下壓電陶瓷片與下絕緣片之間及上、下壓電陶瓷片之間的絕緣套外分別設(shè)置有上、下、中電極片，所述加工刀具固定在變幅桿的底部，裝夾錐柄固定在定位卡盤的頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，其特征在于所述扭轉(zhuǎn)變幅體上設(shè)置有固定盤，固定盤與集流環(huán)、變幅桿通過螺栓相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，其特征在于在所述扭轉(zhuǎn)變幅體的頂部設(shè)置有通孔，預(yù)緊螺栓的底部穿過通孔設(shè)置在扭轉(zhuǎn)變幅體內(nèi)，且與扭轉(zhuǎn)變幅體內(nèi)的螺母相配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，其特征在于所述裝夾錐柄采用莫氏錐柄結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，其特征在于所述加工刀具與變幅桿的底部之間通過 夾頭相連接。
【文檔編號(hào)】B23C3/00GK104014836SQ201410240342
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】鄒平, 陳汐, 張濤, 李文博, 何宇, 吳昊 申請(qǐng)人:東北大學(xué)