本發(fā)明涉及一種適用于普通車床、普通銑床、普通鏜床、及其相應(yīng)數(shù)控機床、加工中心等設(shè)備，對零件內(nèi)、外表面進行強化光整的超聲振動擠壓裝置，尤其是涉及只需要一路超聲電源提供電能信號的單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置。

背景技術(shù)：
擠壓加工是一項常用的表面強化及光整的工藝方法，其大多用于回轉(zhuǎn)零件的內(nèi)外表面加工，常作為最后一道機械加工工序應(yīng)用于零件表面強化、應(yīng)力狀態(tài)及表面質(zhì)量有較高要求的場合。普通擠壓工藝擠壓力大，摩擦嚴重，擠壓表面質(zhì)量低，超聲單向擠壓工藝具有單純沖擊作用，在每個振動周期內(nèi)都會是擠壓頭受到一次沖擊，這種動作過程能夠減小摩擦，但是沖擊磨損會嚴重降低擠壓頭壽命。為了克服普通擠壓工藝方法和單向超聲振動擠壓工藝方法的不足，公開號為CN101942547B的發(fā)明專利文獻公開了一種超聲橢圓振動擠壓裝置及用其進行零件表面光整的振動擠壓加工方法，該裝置采用一個變幅桿、四個結(jié)構(gòu)相同的激勵源和一個擠壓工具，擠壓工具安裝在變幅桿的輸出段上，四個激勵源分別安裝在變幅桿的激勵段的四個凹槽內(nèi)。其通過兩路超聲電信號對四個激勵源分為兩組施加具有一定相位差的激勵，實現(xiàn)變幅桿激勵段的雙彎曲超聲橢圓振動，進而實現(xiàn)擠壓頭的超聲橢圓振動，該裝置和方法能夠有效有效降低擠壓力，提高工件表面粗糙度，延長擠壓頭的使用壽命。但是該裝置需要采用兩組壓電陶瓷片來激發(fā)產(chǎn)生具有一定相位差的兩個振動模態(tài)，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅(qū)動電源信號，且需要控制各路超聲驅(qū)動電源信號之間的相位差，超聲振動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大、控制難度高、生產(chǎn)成本高、不易實現(xiàn)微型化、工作性能不夠穩(wěn)定，這些問題制約了超聲橢圓振動換能器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種新型的單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置，目的是為了克服現(xiàn)有超聲橢圓振動擠壓裝置中存在的不足、提高擠壓加工效率、降低超聲橢圓振動擠壓裝置的復(fù)雜程度和減小超聲橢圓振動擠壓裝置的生產(chǎn)成本。一種單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置，包括支撐板、外套、直線軸承、預(yù)壓力裝置、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的擠壓頭；所述的殼體單元包括前擋板、內(nèi)套筒和后擋板，所述的支撐板通過焊接或者螺釘聯(lián)接設(shè)置在外套上，用于和機床刀架聯(lián)接；所述的直線軸承為滑動直線軸承或滾動直線軸承，所述的直線軸承支撐在殼體單元和外套之間；所述的預(yù)壓力裝置設(shè)置在外套內(nèi)殼體單元的后端，用于提供擠壓頭和工件之間的預(yù)壓力。所述的超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設(shè)置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊，構(gòu)成了超聲振動換能器的能量轉(zhuǎn)換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號轉(zhuǎn)換為超聲振動換能器的縱向超聲振動。所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器與前蓋板制作成一個整體設(shè)置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器焊接設(shè)置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器通過螺釘聯(lián)接設(shè)置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器整體為圓柱形，上下兩側(cè)開設(shè)有三個錯位分布的矩形缺口；在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器與超聲換能器前蓋板的聯(lián)接處設(shè)有過渡圓弧。橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在超聲振動換能器前端后構(gòu)成的組合件稱為單電信號激勵超聲橢圓振動換能器，在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器上下兩側(cè)開設(shè)矩形缺口的目的是為了改變單電信號激勵超聲橢圓振動換能器的振動模態(tài)，使其縱向振動模態(tài)頻率和彎曲振動模態(tài)頻率接近或相等。擠壓頭通過焊接或聯(lián)接螺釘聯(lián)接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端；當(dāng)超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動；并驅(qū)動擠壓頭和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動。超聲振動換能器置于殼體單元內(nèi)，超聲振動換能器的法蘭盤設(shè)置于內(nèi)套筒的上凹止口內(nèi)，前擋板設(shè)置在法蘭盤的另一側(cè)，對整個超聲振動換能器起固定作用，后擋板設(shè)置在內(nèi)套筒的下側(cè)，防止灰塵、鐵屑等雜物進入到殼體單元內(nèi)，影響超聲振動換能器工作性能；相比現(xiàn)有文獻介紹的超聲橢圓振動擠壓系統(tǒng)，該單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置具有功率容量大、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單，制造容易、成本低、結(jié)構(gòu)剛度大、控制驅(qū)動系統(tǒng)簡單和振動擠壓性能穩(wěn)定穩(wěn)定等優(yōu)點。另外該發(fā)明變普通單向超聲擠壓加工的單點沖擊擠壓為超聲橢圓振動軌跡擠壓加工，在單位時間內(nèi)，超聲橢圓振動大幅度提高了擠壓頭的運動路徑，并大幅度加寬了單次擠壓加工的面積，因此可大幅度提高擠壓加工效率和擠壓加工工件表面質(zhì)量。更進一步，所述的超聲振動換能器只有一組縱向振動壓電陶瓷片。更進一步，所述的超聲振動換能器只需要一路超聲電信號激勵。更進一步，所述的超聲振動換能器的工作頻率范圍為18kHz-40kHz。本發(fā)明采用了機械振動模態(tài)轉(zhuǎn)換機理把超聲振動換能器的縱向振動轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和振動頭的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，簡化了單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，大大降低了振動系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了制造、裝配難度和生產(chǎn)成本；另外該發(fā)明僅需要一路控制電路及超聲電源進行激勵，控制難度低，避免了兩相或多相超聲振動復(fù)合形成橢圓振動換能器的復(fù)雜超聲電源開發(fā)費用，簡化了控制電路及超聲電源結(jié)構(gòu)，降低了控制電路及超聲電源成本，易于實現(xiàn)控制電路及超聲電源的集成化，提高了系統(tǒng)工作可靠性，工作性能穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣闊。附圖說明圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖的前視圖。圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖。圖3是本發(fā)明中單電信號激勵超聲橢圓振動換能器的前視圖。圖4是本發(fā)明中單電信號激勵超聲橢圓振動換能器的俯視圖。圖5是本發(fā)明的應(yīng)用實例示意圖。圖中標號說明：1.螺栓，2.后蓋板，3.壓電陶瓷片，4.電極片，5.前蓋板，6.法蘭盤，7.橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器，8.擠壓頭，9.前擋板，10.內(nèi)套筒，11.后擋板，12.直線軸承，13.外套，14.預(yù)壓力裝置，15.支撐板，16.超聲電源，17.工件,18.矩形缺口。具體實施方式結(jié)合圖1、2、3、4所示，一種單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置包括支撐板15、外套13、直線軸承12、預(yù)壓力裝置14、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7和設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7前端的擠壓頭8；殼體單元包括前擋板9、內(nèi)套筒10和后擋板11，支撐板15一端焊接在外套13外圓上，另一端固定在機床刀架上與機床聯(lián)接；超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓1及依次套設(shè)在螺栓1上的后蓋板2、壓電陶瓷片3、電極片4和前蓋板5，前蓋板5上設(shè)置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤6，后蓋板2和前蓋板5通過螺栓1將后蓋板2、壓電陶瓷片3、電極片4和前蓋板5聯(lián)接壓緊，構(gòu)成了超聲振動換能器的能量轉(zhuǎn)換部分，將超聲電源16輸出的超聲電信號轉(zhuǎn)換為超聲振動換能器的縱向超聲振動。超聲振動換能器只有一組縱向振動壓電陶瓷片3，壓電陶瓷換能器段直徑30mm，壓電陶瓷片3為PZT-8，尺寸為：Ф30×Ф15×5，壓電陶瓷片3的片數(shù)為2。滾動直線軸承12支撐在殼體單元和外套13之間；彈簧預(yù)壓力裝置14設(shè)置在外套13內(nèi)殼體單元的后端，擠壓頭8和工件17之間的預(yù)壓力為250N。橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7和前蓋板5制作成一個整體零件設(shè)置在前蓋板5的前端，在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7與超聲換能器前蓋板5的聯(lián)接處設(shè)有過渡圓弧。，過渡圓弧半徑為5mm，橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7整體為圓柱形，上下兩側(cè)開設(shè)有三個錯位分布的矩形缺口18，三個矩形缺口18寬度為6mm，深度為3mm，三個矩形缺口18的中心距前端面的距離分別為15mm，25mm，35mm。橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器上下兩側(cè)矩形缺口18的中心軸線均與待加工平面垂直。擠壓頭8通過聯(lián)接螺釘聯(lián)接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7的前端。超聲振動換能器置于殼體單元內(nèi)，超聲振動換能器的法蘭盤6設(shè)置于內(nèi)套筒10的上凹止口內(nèi)，前擋板9通過螺釘和內(nèi)套筒10聯(lián)接在一起，壓緊在法蘭盤6的另一側(cè)，對整個超聲振動換能器起固定作用，后擋板11通過螺釘聯(lián)接在內(nèi)套筒10的右側(cè)。超聲振動換能器和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7聯(lián)接后的固有頻率為19.84KHz，阻抗為83歐姆，動態(tài)電阻為19歐姆，超聲電源16輸出電壓范圍為0-400V，電流范圍為0-4A，輸出頻率為19.84±0.01KHz，且超聲電源16在指定頻率范圍內(nèi)具有自動頻率跟蹤功能。運行時，結(jié)合圖5所示，超聲振動換能器的電極片4與超聲電源16相連，當(dāng)超聲振動換能器的電極片4接入超聲電源16輸出的電信號后，由于壓電陶瓷片3的逆壓電效應(yīng)，壓電陶瓷片3將會產(chǎn)生縱向超聲振動，即超聲振動換能器將超聲電源16輸出的電能轉(zhuǎn)換為縱向超聲振動，并驅(qū)動整個超聲振動換能器系統(tǒng)進行縱向超聲振動，超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動；并驅(qū)動擠壓頭8和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端一起做超聲橢圓振動。當(dāng)加載電壓運行10分鐘后，單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置達到穩(wěn)定振動狀態(tài)，此時超聲電源16的穩(wěn)定輸出電壓為220V，電流為1.35A，使用激光多普勒測振儀測得超聲橢圓振動長短半軸振幅分別為14.3微米和5.2微米，并通過具有李沙育圖形運算功能的雙蹤示波器對激光多普勒測振儀測得的信號進行圖形運算，可以得到長短軸比為2.73的超聲橢圓振動軌跡，完全滿足超聲橢圓振動擠壓加工的要求。本發(fā)明適用于普通車床、普通銑床、普通鏜床、及其相應(yīng)數(shù)控機床、加工中心等設(shè)備，首先通過支撐板15將該單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置安裝在機床刀架上，進行正常對刀，調(diào)整其到合適安裝位置。然后打開超聲電源16，根據(jù)擠壓工藝的需要，調(diào)整工作頻率，使擠壓頭8處在最佳的超聲橢圓振動狀態(tài)，根據(jù)工藝要求，設(shè)定擠壓參數(shù)，如擠壓速度、擠壓壓力、進給量，即可開始進行超聲橢圓振動擠壓加工。另外，超聲電源16具有自動頻率跟蹤功能，在實際擠壓工作過程中，如果由于擠壓阻力變化等原因，超聲橢圓振動擠壓系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生了變化，超聲電源16的輸出頻率會隨之變化并保持和擠壓裝置的固有頻率一致，以便保證單電信號激勵超聲橢圓振動擠壓加工裝置始終處于最佳工作狀態(tài)。