專利名稱：一種超聲振動切削裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種切削加工中使用的超聲振動切削裝置。
超聲振動切削是超聲波物理與切削原理相結(jié)合的邊緣新技術(shù)，它在切削各種難以磨削而對表面質(zhì)量及精度要求較高的零件時，具有優(yōu)異的工藝效果。日本、蘇聯(lián)、美國、中國等在這方面的研究較多。目前，在國內(nèi)外超聲振動切削應(yīng)用中存在的主要問題是缺乏一種更為穩(wěn)定、使用方便的超聲振動切削裝置。
超聲振動切削裝置是由超聲波發(fā)生器、換能器、縱振動變幅桿及彎曲振動刀桿(刀具)等部分組成。由超聲波發(fā)生器發(fā)出高頻電訊號經(jīng)換能器轉(zhuǎn)化為高頻機械振動，再由縱振動變幅桿將振動的振幅放大并施加在彎曲振動刀桿上，彎曲振動刀桿以橫波的形式諧振。
國內(nèi)外現(xiàn)有這類超聲振動切削裝置中，都采用等截面的彎曲振動刀桿或刀尖位于中性層附近、并按等截面彎曲振動刀桿設(shè)計的同類刀桿(見隈部淳一郎著精密加工振動切削，韓一昆等譯，機械工業(yè)出版社，1985年6月，197～215頁)，使得重要的變幅功能集中由縱振動變幅桿承擔(dān)，即只依靠縱振動變幅桿的一級變幅作用，力求在刀尖處獲得較大的振幅。但是，這種振動系統(tǒng)無法解決如下矛盾1、高振幅的獲得與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小巧性的矛盾。為了便于實際應(yīng)用，總是希望聲學(xué)頭(由換能器和縱振動變幅桿組成)體積越小越好，但通常獲得大振幅的辦法是采用多級復(fù)合式縱振動變幅桿級聯(lián)，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。2、縱振動變幅桿的工作穩(wěn)定性與變幅比的矛盾。如錐形縱振動變幅桿雖然有較好的工作穩(wěn)定性和加工工藝性，但在超聲振動切削系統(tǒng)研制中，常因變幅比小而不采用。3、彎曲振動刀桿的高振幅振動與刀桿夾固的矛盾。彎曲振動刀桿由于切削時承受切削力，必須在節(jié)點附近夾固，刀桿振動振幅越大，夾固越困難。此外，當(dāng)?shù)毒咧啬ヒ院蟮稐U長度發(fā)生變化，再夾固時不易諧振。
本實用新型所述的超聲振動切削裝置主要是由冷卻水套(1)、超聲換能器(2)、縱振動變幅桿(3)、彎曲振動刀桿(4)、刀桿夾具(5)等組成，其特征是彎曲振動刀桿(4)是中間粗、兩端細(xì)的對稱式階梯形桿，在桿兩端都有刀片，其細(xì)段與粗段截面積之比小于或等于1／4，并在兩個截面突變處附近夾固。該刀桿具有變換彎曲振動振幅(即二級變幅)的功能以及使激振點(即縱振動變幅桿與彎曲振動刀桿的連接點)位置準(zhǔn)確的特點，一支刀桿相當(dāng)兩把刀具。
根據(jù)理論和實驗研究發(fā)現(xiàn)按一定條件設(shè)計的階梯式彎曲振動刀桿，當(dāng)其諧振時，粗段與細(xì)段具有不同的振動位移分布規(guī)律，經(jīng)理論推導(dǎo)，細(xì)段端面(即刀尖處)振動振幅與粗段波腹點(激振點處)振幅之比R為R＝1.41［β1β2T11λ11(T12λ12－I1T21λ21／I2·(1＋COSλ12L2)＋T22λ22COSλ12L2)＋β1β2(I1T11λ11／I2＋T22λ22)T21λ21COSλ12L2COSλ11L1－β1α2T11λ21T21(I1P11／T12＋I(xiàn)2P22／T12)Sinλ12L2Sinλ11L1＋β1β2T21λ21(T12λ12＋T11λ11I1／I2)COSλ11L1］
式中各符號意義如下T1i＝ (ρω2)/(K＇Gλ1i) ＋λ1i；T2i＝λ2i－ (ρω2)/(K＇Gλ1i) ；P1i＝Eλ21i－ρω2；P2i＝Eλ22i＋ρω2；αi＝1／EIi(λ21i＋λ22i)；βi＝1／(T1iλ1i＋T2iλ2i)；E、ρ、G為彎曲振動刀桿材料特性參數(shù)；K′為截面剪應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，Ii為截面轉(zhuǎn)動慣量；Si為截面積；λ1i＝［a／2＋(a2／4＋bi)1／2］1／2；λ2i＝［－a／2＋(a2／4＋bi)1／2］1／2；a＝(1＋E／K′G)ω2／C2；bi＝ω2Si／C2Ii·(1－ (ω2)/(C2) · (Ii)/(Si) · (E)/(K′G) )；C＝(E／ρ)1／2；ω＝2πf(f為振動頻率)；i＝1、2；對于超聲振動切削裝置中常用的彎曲振動刀桿尺寸系列，彎曲振動二級變幅比R一般可達(dá)2－4。采用該技術(shù)方案后，較好地解決了前述問題。使得振動系統(tǒng)可以采用一些工作性能穩(wěn)定、受負(fù)載波動影響小的縱振動變幅桿(如錐形變幅桿)，而進(jìn)一步增大變幅比的任務(wù)由彎曲振動刀桿承擔(dān)，采用非復(fù)合式一般縱振動變幅桿即可在刀尖處獲得較大的振幅(一般可大于15μm)。雖然刀尖處振幅較大，但粗段振動并不強烈，因而，有利于彎曲振動刀桿的夾固。由于采用對稱式雙刀頭結(jié)構(gòu)，不但支承跨距大、剛度好，而且由于一端磨損后可用另一端，然后兩端同時重磨，因而可使重磨后激振點的位置仍然比較準(zhǔn)確地位于彎曲振動刀桿中部的波腹點處。無論是新刀還是重磨后的刀具，安裝后只要稍加調(diào)整發(fā)生器頻率旋扭即可諧振，不需用反復(fù)調(diào)試振。雖然刀尖處的振幅較大，但階梯式彎曲振動刀桿粗段振動并不強烈，因此可以降低對刀桿夾具制造精度的要求，各連接處發(fā)熱也較小，基本可以保持近室溫的程度。
本實用新型所述的超聲振動切削裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有安裝調(diào)整方便、夾固牢靠、節(jié)省調(diào)試時間、工作穩(wěn)定、對刀桿夾具精度要求低等優(yōu)點。
附


圖1是本實用新型所述的超聲振動切削裝置的結(jié)構(gòu)圖；附圖2是
圖1的側(cè)視圖；圖中(1)為冷卻水套，(2)為超聲換能器、(3)為縱振動變幅桿，(4)為彎曲振動刀桿，(5)為刀桿夾具。
附
圖1是本實用新型所述的超聲振動切削裝置的實施例。彎曲振動刀桿做成對稱階梯形，中部為粗段，兩端刀頭部分為細(xì)段，細(xì)、粗段截面積之比為1／4，在截面突變處附近設(shè)置弧面突緣，并用刀桿夾具(5)在側(cè)面夾緊。
權(quán)利要求1.一種主要由冷卻水套(1)、超聲換能器(2)、縱振動變幅桿(3)、彎曲振動刀桿(4)、刀桿夾具(5)等組成的超聲振動切削裝置，其特征在于彎曲振動刀桿(4)是中間粗、兩端細(xì)的對稱式階梯形桿，在桿兩端都有刀片，其細(xì)段與粗段截面積之比小于或等于1/4，并在兩個截面突變處附近夾固。
專利摘要本實用新型是一種超聲振動切削裝置。其特征是將傳統(tǒng)的等截面彎曲振動刀桿設(shè)計成階梯對稱式彎曲振動刀桿，其細(xì)段與粗段截面積之比小于或等于1/4，并在粗、細(xì)段截面突變處附近夾固。該階梯彎曲振動刀桿具有二級變幅的功能，從而使振動系統(tǒng)的制造、調(diào)諧、使用及刀具重磨等均很方便。
文檔編號B23Q15/013GK2053559SQ8921548
公開日1990年2月28日 申請日期1989年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月18日
發(fā)明者王立江, 趙繼, 李華 申請人:吉林工業(yè)大學(xué)