專利名稱：超聲波前置雙向振動(dòng)車削方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在車床上對(duì)工件進(jìn)行超聲波車削的方法，屬于超聲波車削技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲波振動(dòng)車削，是指使車刀以振動(dòng)頻率f=16_50KHz、振幅a=10_25 U m的超聲波范圍的振動(dòng)頻率和小振幅沿切削方向進(jìn)行的車削。利用這種振動(dòng)切削，可在普通車床上實(shí)現(xiàn)超精密加工，即可以達(dá)到圓度、圓柱度、平面度、平行度、直線度均接近零誤差，實(shí)現(xiàn)以車代磨。應(yīng)用超聲波車削具有如下優(yōu)點(diǎn)1.切削力降低振動(dòng)車削從微觀上看是一種脈沖切肖IJ，刀具在一個(gè)振動(dòng)周期中的有效切削時(shí)間極短，一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)絕大部分時(shí)間刀具與切屑完全分離，所以其平均切削力遠(yuǎn)小于相同切削參數(shù)時(shí)的普通車削，約為普通車削時(shí)切削力的1/3-1/10; 2.加工精度提高由于振動(dòng)車削是一種脈沖切削，刀具與工件完全分離， 所以沒(méi)有普通車削時(shí)的“讓刀”現(xiàn)象，即每個(gè)切削瞬間刀刃所處的位置保持不變，從而提高了加工精度，即使在只有小于0. Olmm的微小吃刀深度，也能按預(yù)定的切削深度進(jìn)行精密加工。同時(shí)，粗糙度值明顯降低，可以達(dá)到理論表面粗糙度；3.切削溫度保持室溫狀態(tài)，同樣基于振動(dòng)車削是脈沖切削的原因，刀具不與工件和切屑摩擦，切削熱量大大減少；4.工件不產(chǎn)生變形，沒(méi)有毛刺；被加工零件呈現(xiàn)“剛性化”，切削后的工件表面呈彩虹效果；5.車削過(guò)程穩(wěn)定，有效消除顫振，不產(chǎn)生積屑瘤；切削液的冷卻、潤(rùn)滑作用提高；刀具壽命提高，工件耐磨性和耐腐蝕性提高。振動(dòng)車削主要應(yīng)用于1.耐熱鋼、鈦合金、恒彈性合金、高溫合金、不銹鋼、冷硬鑄鐵、工程陶瓷和花崗巖等難加工材料的加工；2.加工淬硬鋼零件；3.成型車削；4.細(xì)長(zhǎng)桿件及薄壁件加工；5.超精密加工；6.超細(xì)直徑零件加工。已有的超聲波振動(dòng)車削技術(shù)有圖I所示的彎曲振動(dòng)超聲車削技術(shù)和圖2所示的縱向振動(dòng)-彎曲振動(dòng)超聲車削技術(shù)。彎曲振動(dòng)超聲車削技術(shù)是與換能器3連接的變幅桿2直接固定連接在車刀I的后端，變幅桿2與車刀I方向一致，變幅桿2和換能器3的外部設(shè)置一個(gè)保護(hù)套8，換能器3與超聲波發(fā)生器相連，換能器3將電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，變幅桿2將換能器3的超聲頻機(jī)械振動(dòng)放大后傳遞給車刀I,推動(dòng)刀頭做彎曲振動(dòng)。縱向振動(dòng)-彎曲振動(dòng)超聲車削技術(shù)是將與換能器3連接的變幅桿2通過(guò)螺栓垂直固定連接在車刀I的后部(在車刀I的后端與刀架4之間)。這兩種方式都是使變幅桿2和車刀I固定連接為一體，將車刀I通過(guò)螺栓5和壓塊7裝夾在刀架4上，同時(shí)通過(guò)螺栓和壓塊作用在車刀I上的壓力點(diǎn)A和B必須在超聲波輸出的節(jié)點(diǎn)上。變幅桿2在換能器3帶動(dòng)下對(duì)車刀I產(chǎn)生超聲波振動(dòng)。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101633046B公開(kāi)了一種《超聲波振動(dòng)車削專用裝置》，包括主夾具件、次夾具件底板、次夾具件壓板和節(jié)點(diǎn)墊片，主夾具件與次夾具件底板的一端固定垂直連接，次夾具件壓板與次夾具件底板固定連接并相互平行，節(jié)點(diǎn)墊片固定設(shè)置于次夾具件底板上并正對(duì)于次夾具件壓板。節(jié)點(diǎn)墊片的節(jié)點(diǎn)位置與車刀的節(jié)點(diǎn)位置相同，節(jié)點(diǎn)墊片的節(jié)點(diǎn)間距為超聲波在車刀中傳播波長(zhǎng)的1/2，車刀安裝在該專用裝置中，使車刀節(jié)點(diǎn)的位置與節(jié)點(diǎn)墊片的位置相對(duì)應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)刀具上下方向的移動(dòng)，調(diào)正刀尖與工件中心線在同一平面上。以上現(xiàn)有的超聲波振動(dòng)車削方式，均是將變幅桿與車刀刀桿(或車刀)固定連接為一體，這種方式存在的問(wèn)題是，當(dāng)車削參數(shù)(如線速度、切削深度、進(jìn)給量等)發(fā)生變化時(shí)，車削的負(fù)載特性就發(fā)生變化，而這種負(fù)載的變化直接影響超聲波能量輸出的穩(wěn)定性，超聲波能量輸出不穩(wěn)定就直接影響車刀刀尖的振動(dòng)而影響車削的質(zhì)量；甚至，在負(fù)載較大、車刀所受的切削力較大或負(fù)載變化很大的情況下，超聲波能量輸出就很小甚至沒(méi)有輸出，車刀的刀尖也就會(huì)振動(dòng)很小甚至沒(méi)有振動(dòng)，對(duì)工件車削時(shí)，起不到超聲波振動(dòng)的效果；同時(shí)由于車刀上的壓力點(diǎn)A和B必須在超聲波輸出的節(jié)點(diǎn)上 ，由于各種條件的限制，很難保證這一點(diǎn)，如果滿足不了這個(gè)要求，就無(wú)法使車刀產(chǎn)生超聲波振動(dòng)。另外由于變幅桿的沖擊是周期性的，當(dāng)只設(shè)置一個(gè)變幅桿對(duì)車刀沖擊振動(dòng)時(shí)，變幅桿只能實(shí)現(xiàn)對(duì)車刀半波沖擊振動(dòng)，不能使車刀始終保持較大振幅的振動(dòng)。這也是到目前為止超聲波振動(dòng)車削并沒(méi)有工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)質(zhì)原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有超聲波振動(dòng)車削技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種超聲波能量輸出對(duì)車削負(fù)載不敏感、使車刀刀尖振動(dòng)穩(wěn)定、振動(dòng)車削效果好的超聲波前置雙向振動(dòng)車削方法。本發(fā)明的超聲波前置雙向振動(dòng)車削方法，是
將兩個(gè)變幅桿的一端上下作用在車刀刀桿的位于車刀刀尖與安裝車刀的刀架之間的部位，兩個(gè)變幅桿與車刀的刀桿不是緊固連接而只是接觸，兩個(gè)變幅桿的另一端分別與一個(gè)換能器連接，將兩個(gè)換能器分別與超聲波發(fā)生器電連接，對(duì)兩個(gè)變幅桿均施加一個(gè)壓力，在車削過(guò)程中通過(guò)該壓力使變幅桿始終與車刀刀桿接觸，啟動(dòng)兩個(gè)超聲波發(fā)生器，使換能器將電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)使兩個(gè)變幅桿的振動(dòng)相位相差180°，變幅桿將換能器的超聲頻機(jī)械振動(dòng)放大后傳遞給車刀，上下兩個(gè)變幅桿對(duì)車刀刀桿交替產(chǎn)生振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的超聲波車削。換能器可以為磁滯伸縮換能器，也可以為壓電陶瓷換能器。所述壓力可通過(guò)彈簧、液壓機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)施加。本發(fā)明中變幅桿與車刀刀桿不是固定在一起的，而是在超聲波振動(dòng)車削過(guò)程中，通過(guò)一個(gè)外壓力，使變幅桿與車刀刀桿始終接觸，無(wú)論車削參數(shù)(如線速度、切削深度、進(jìn)給量等)發(fā)生怎樣的變化，都不會(huì)直接對(duì)超聲波能量的穩(wěn)定輸出產(chǎn)生影響，而穩(wěn)定的超聲波能量輸出又使車刀刀桿得到穩(wěn)定的振動(dòng)力，保證了車刀刀尖的振動(dòng)穩(wěn)定，兩個(gè)變幅桿交替對(duì)車刀刀桿產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，保證了車刀刀尖的連續(xù)較大的振動(dòng)幅度，從而保證了超聲波振動(dòng)車削的效果，使超聲波振動(dòng)車削真正得到工業(yè)化應(yīng)用。


圖I是現(xiàn)有彎曲振動(dòng)超聲車削的原理示意圖。圖2是現(xiàn)有縱向振動(dòng)-彎曲振動(dòng)超聲車削的原理示意圖。圖3是本發(fā)明的原理示意圖。圖中1、車刀，2、變幅桿，3、換能器，4、刀架，5、螺栓，6、工件，7、壓塊，8、保護(hù)套，9、上變幅桿，10、上換能器，11、下變幅桿，12、下?lián)Q能器。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明的超聲波前置雙向振動(dòng)車削方法是在車刀I的位于車刀刀尖與刀架4之間的刀桿部位上下設(shè)置兩個(gè)變幅桿即上變幅桿9和下變幅桿11，上變幅桿9和下變幅桿11與車刀I的刀桿均是分開(kāi)的，只是接觸，不連為一體。上變幅桿9和下變幅桿11的另一端分別與上換能器10和下?lián)Q能器12連接，將上換能器10和下?lián)Q能器12兩個(gè)換能器分別與一個(gè)外部超聲波發(fā)生器電連接。對(duì)上變幅桿9和下變幅桿11兩個(gè)變幅桿均施加一個(gè)壓力，該壓力施加在變幅桿上，該壓力可通過(guò)彈簧、液壓機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)施加。在車削過(guò)程中通過(guò)壓力使上變幅桿9和下變幅桿11始終與車刀刀桿接觸。啟動(dòng)兩個(gè)超聲波發(fā)生器，使上換能器10和下?lián)Q能器12將電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)使上變幅桿9和下變幅桿11兩個(gè)變幅桿的振動(dòng)相位相差180°，上變幅桿9和下變幅桿11分別將上換 能器10和下?lián)Q能器12的超聲頻機(jī)械振動(dòng)放大后傳遞給車刀1，上下兩個(gè)變幅桿對(duì)車刀刀桿交替產(chǎn)生振動(dòng)，使車刀刀尖保持較大的連續(xù)的振動(dòng)幅度，在穩(wěn)定的振動(dòng)力下實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的超聲波車削。
權(quán)利要求
1.一種超聲波前置雙向振動(dòng)車削方法，其特征是 將兩個(gè)變幅桿的一端上下作用在車刀刀桿的位于車刀刀尖與安裝車刀的刀架之間的部位，兩個(gè)變幅桿與車刀的刀桿不是緊固連接而只是接觸，兩個(gè)變幅桿的另一端分別與一個(gè)換能器連接，將兩個(gè)換能器分別與超聲波發(fā)生器電連接，對(duì)兩個(gè)變幅桿均施加一個(gè)壓力，在車削過(guò)程中通過(guò)該壓力使變幅桿始終與車刀刀桿接觸，啟動(dòng)兩個(gè)超聲波發(fā)生器，使換能器將電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)使兩個(gè)變幅桿的振動(dòng)相位相差180°，變幅桿將換能器的超聲頻機(jī)械振動(dòng)放大后傳遞給車刀，上下兩個(gè)變幅桿對(duì)車刀刀桿交替產(chǎn)生振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的超聲波車削。
全文摘要
一種超聲波前置雙向振動(dòng)車削方法，將兩個(gè)變幅桿的一端上下作用在車刀刀桿的位于車刀刀尖與安裝車刀的刀架之間的部位，兩個(gè)變幅桿與車刀的刀桿不是緊固連接而只是接觸，兩個(gè)變幅桿的另一端分別與一個(gè)換能器連接，將兩個(gè)換能器分別與超聲波發(fā)生器電連接，對(duì)兩個(gè)變幅桿均施加一個(gè)壓力，在車削過(guò)程中通過(guò)該壓力使變幅桿始終與車刀刀桿接觸，啟動(dòng)兩個(gè)超聲波發(fā)生器，使換能器將電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)使兩個(gè)變幅桿的振動(dòng)相位相差180°，變幅桿將換能器的超聲頻機(jī)械振動(dòng)放大后傳遞給車刀，上下兩個(gè)變幅桿對(duì)車刀刀桿交替產(chǎn)生振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的超聲波車削，保證了超聲波振動(dòng)車削的效果。
文檔編號(hào)B06B1/02GK102794460SQ201210317320
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者趙顯華 申請(qǐng)人:趙顯華