本發(fā)明屬于表面微結(jié)構(gòu)加工領(lǐng)域，具體地涉及一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置。

背景技術(shù)：

1、表面微結(jié)構(gòu)是指特征尺寸小于微米級(jí)、具有微小幾何形狀和較大深寬比的微觀結(jié)構(gòu)，可使零件表面具有特殊的光學(xué)和物理等特性。脆硬難加工材料(陶瓷、玻璃、鈦合金等)的表面微結(jié)構(gòu)的加工，使其具有如摩擦減阻、超疏水、高反射率等特殊性質(zhì)，在光學(xué)儀器、航空航天等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。振動(dòng)輔助切削加工通過刀具往復(fù)振動(dòng)配合機(jī)床精密進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)加工，是制備零件表面微結(jié)構(gòu)的一種重要手段。傳統(tǒng)的非諧振型振動(dòng)輔助加工刀具可實(shí)現(xiàn)常規(guī)材料的表面微結(jié)構(gòu)精密加工，但在脆硬難加工材料的微結(jié)構(gòu)加工中，存在刀具磨損嚴(yán)重、表面微裂紋缺陷、微結(jié)構(gòu)出口毛刺等缺陷，導(dǎo)致加工精度提升受限。

2、諧振型超聲輔助加工技術(shù)能夠降低刀具切削力、降低切削毛刺、減少微裂紋發(fā)生概率，可用于提升難加工材料微結(jié)構(gòu)加工精度。因此，本發(fā)明一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助微結(jié)構(gòu)加工裝置，通過縱振非諧振致動(dòng)陶瓷組與彎振諧振陶瓷組結(jié)合，縱振非諧振陶瓷軸向致動(dòng)，提供大振幅低頻振動(dòng)用于成型復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)形貌；彎振諧振陶瓷組切向致動(dòng)，提供小振幅高頻超聲振動(dòng)用于降低切削力和促進(jìn)排屑。諧振和非諧振融合設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)難加工材料微結(jié)構(gòu)加工出口毛刺降低、微裂紋減少、刀具磨損降低從而實(shí)現(xiàn)難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決非諧振刀具在難加工材料微結(jié)構(gòu)加工中，存在的刀具磨損嚴(yán)重、表面微裂紋缺陷、微結(jié)構(gòu)出口毛刺等缺陷導(dǎo)致的加工精度提升受限問題。本發(fā)明提出一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合的振動(dòng)輔助加工裝置，可以實(shí)現(xiàn)難加工材料微結(jié)構(gòu)加工出口毛刺降低、微裂紋減少、刀具磨損降低。

2、本發(fā)明是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置，所述諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置包含底座1、彎振陶瓷組2、變幅桿3、縱振陶瓷組4、刀片5、刀片固定螺釘6、刀頭固定螺釘7、刀頭8、絕緣環(huán)9；上述彎振陶瓷組2被夾緊在底座1與變幅桿3之間，變幅桿3通過螺紋與底座1進(jìn)行連接，絕緣環(huán)9套在變幅桿3上起到對(duì)彎振陶瓷組2的絕緣作用；變幅桿3的前端內(nèi)部布置著縱振陶瓷組4，并通過刀頭固定螺釘7將刀頭8的端面壓緊在縱振陶瓷組4上；刀片5安裝在刀頭8端部的凹槽內(nèi)，通過刀片固定螺釘6固定在刀頭8上。

4、進(jìn)一步的，兩種不同頻率的非諧振激勵(lì)信號(hào)a和諧振激勵(lì)信號(hào)b被同時(shí)施加到縱振陶瓷組4和彎振陶瓷組2上，非諧振激勵(lì)信號(hào)a頻率區(qū)間在f1(0～5khz)和諧振激勵(lì)信號(hào)b頻率區(qū)間在f2(大于20khz)。f1低頻信號(hào)施加在縱振陶瓷組4上，激勵(lì)出沿x方向的低頻振動(dòng)。f2高頻信號(hào)施加在彎振陶瓷組2上，激勵(lì)出沿z軸方向的高頻彎曲振動(dòng)。變幅桿3將小振幅進(jìn)行了放大，實(shí)現(xiàn)了刀尖x方向低頻大振幅輸出，同時(shí)沿z方向高頻振動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)單一壓電振動(dòng)輔助切削刀具諧振與非諧振工作狀態(tài)的融合。

5、進(jìn)一步的，縱振陶瓷組4激發(fā)出的x方向的低頻振動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)輪廓的車削加工，不同頻率和振幅的選擇可以加工出不同的微結(jié)構(gòu)輪廓。同時(shí)通過彎振陶瓷組2激發(fā)出的z方向的高頻小振幅振動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)切削方向斷續(xù)加工，實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)加工過程的切削力降低，同時(shí)x方向的超聲振動(dòng)有助于切屑排出，兩種有益效果共同作用下，刀具可以實(shí)現(xiàn)難加工材料微結(jié)構(gòu)加工，并實(shí)現(xiàn)出口毛刺降低、微裂紋減少、刀具磨損降低從而提高微結(jié)構(gòu)加工精度。

6、本發(fā)明有益效果

7、1.刀具縱振陶瓷組激勵(lì)的低頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)了x方向的低頻大振幅輸出，可以實(shí)現(xiàn)不同輪廓形貌的微結(jié)構(gòu)加工，結(jié)合高頻彎振陶瓷組激勵(lì)，產(chǎn)生沿z方向高頻振動(dòng)。微結(jié)構(gòu)加工過程超聲振動(dòng)的引入形成了斷續(xù)切削功效，降低了脆硬難加工材料切削力，減少了表面微裂紋的產(chǎn)生，提升了表面微結(jié)構(gòu)加工精度。

8、2.諧振與非諧振融合，刀具低頻振動(dòng)同時(shí)伴隨高頻振動(dòng)，降低了切屑在刀具的黏附，使得切屑能夠及時(shí)排出，避免了切屑劃傷已加工表面，同時(shí)減少了出口毛刺，降低微結(jié)構(gòu)的表面粗糙度，同時(shí)降低了微結(jié)構(gòu)加工后處理難度。

9、3.低頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)了不同形貌的微結(jié)構(gòu)輪廓加工，同時(shí)刀具沿切削方向高頻微幅振動(dòng)，使得刀具與工件產(chǎn)生斷續(xù)切削加工效應(yīng)，有利于刀具散熱，降低了刀具磨損，減少刀片的更換頻率，降低難加工材料微結(jié)構(gòu)加工經(jīng)濟(jì)成本。

技術(shù)特征：

1.一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置，所述諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置包含底座(1)、彎振陶瓷組(2)、變幅桿(3)、縱振陶瓷組(4)、刀片(5)、刀片固定螺釘(6)、刀頭固定螺釘(7)、刀頭(8)、絕緣環(huán)(9)；上述彎振陶瓷組(2)被夾緊在底座(1)與變幅桿(3)之間，變幅桿(3)通過螺紋與底座(1)進(jìn)行連接，絕緣環(huán)(9)套在變幅桿(3)上起到對(duì)彎振陶瓷組(2)的絕緣作用；變幅桿(3)的前端內(nèi)部布置著縱振陶瓷組(4)，并通過刀頭固定螺釘(7)將刀頭(8)的端面壓緊在縱振陶瓷組(4)上；刀片(5)安裝在刀頭(8)端部的凹槽內(nèi)，通過刀片固定螺釘(6)固定在刀頭(8)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置，其特征在于：兩種不同頻率的非諧振激勵(lì)信號(hào)a和諧振激勵(lì)信號(hào)b被同時(shí)施加到縱振陶瓷組(4)和彎振陶瓷組(2)上，非諧振激勵(lì)信號(hào)a頻率區(qū)間在f1(0～5khz)和諧振激勵(lì)信號(hào)b頻率區(qū)間在f2(大于20khz)。f1低頻信號(hào)施加在縱振陶瓷組(4)上，激勵(lì)出沿x方向的低頻振動(dòng)。f2高頻信號(hào)施加在彎振陶瓷組(2)上，激勵(lì)出沿z軸方向的高頻彎曲振動(dòng)。變幅桿(3)將小振幅進(jìn)行了放大，實(shí)現(xiàn)了刀尖x方向低頻大振幅輸出，同時(shí)沿z方向高頻振動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)單一壓電振動(dòng)輔助切削刀具諧振與非諧振工作狀態(tài)的融合。

3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置，其特征在于：縱振陶瓷組(4)激發(fā)出的x方向的低頻振動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)輪廓的車削加工，不同頻率和振幅的選擇可以加工出不同的微結(jié)構(gòu)輪廓。同時(shí)通過彎振陶瓷組(2)激發(fā)出的z方向的高頻小振幅振動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)切削方向斷續(xù)加工，實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)加工過程的切削力降低，同時(shí)x方向的超聲振動(dòng)有助于切屑排出，兩種有益效果共同作用下，刀具可以實(shí)現(xiàn)難加工材料微結(jié)構(gòu)加工，并實(shí)現(xiàn)出口毛刺降低、微裂紋減少、刀具磨損降低從而提高微結(jié)構(gòu)加工精度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于難加工材料微結(jié)構(gòu)精密加工的諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置，屬于振動(dòng)輔助加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)非諧振刀具在難加工材料微結(jié)構(gòu)加工中，存在的刀具磨損嚴(yán)重、表面微裂紋缺陷、微結(jié)構(gòu)出口毛刺等缺陷導(dǎo)致的加工精度提升受限問題。該諧振與非諧振融合振動(dòng)輔助加工裝置包含底座1、彎振陶瓷組2、變幅桿3、縱振陶瓷組4、刀片5、刀片固定螺釘6、刀頭固定螺釘7、刀頭8、絕緣環(huán)9。通過植入的縱振陶瓷組激勵(lì)出的低頻振動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)不同形貌的微結(jié)構(gòu)加工；同時(shí)通過植入的彎振陶瓷組激勵(lì)出的高頻振動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)斷續(xù)切削功效，降低脆硬難加工材料切削力，減少表面微裂紋的產(chǎn)生，提升表面微結(jié)構(gòu)加工精度。該設(shè)計(jì)巧妙的實(shí)現(xiàn)了諧振與非諧振融合，刀具低頻振動(dòng)同時(shí)伴隨高頻振動(dòng)，使得切屑能夠及時(shí)排出，避免了切屑劃傷已加工表面，同時(shí)減少了出口毛刺，降低微結(jié)構(gòu)的表面粗糙度。

技術(shù)研發(fā)人員：杜鵬飛,張建,馮科強(qiáng),李浩,李健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北林業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26