適用於難加工材料的數控車削用橢圓超聲振動切削裝置的製作方法

2023-06-03 03:19:06 2

本實用新型屬於超聲振動加工裝置技術領域，具體涉及一種適用於難加工材料的數控車削用橢圓超聲振動切削裝置。

背景技術：

針對航空航天國防和高端裝備製造等領域的難加工材料如鎳基高溫合金、超高強度鋼、TiAl金屬間化合物、鈦合金、顆粒增強複合材料等抗疲勞製造問題開展研究，目前這些材料的可加工性差，特別是該類材料的精密加工，效率非常低，成本高，並且零件加工硬化嚴重，加工表面殘留顯著的殘餘拉應力，嚴重影響零件的使役壽命，成為制約該材料在航空航天和汽車發動機領域廣泛應用的關鍵，也成為大推重力比航空發動機研製的關鍵技術問題之一。傳統的加工方法已不能適應該類零件的加工，需要後續表面改性，大量的研究表明多維超聲加工可使被加工零件表面獲得零殘餘拉應力和較大的殘餘壓應力，表面可以形成抗疲勞性能良好的納米晶組織等，為了更好地改善難加工材料的可加工性能，亟需設計一種數控車削多維超聲振動切削裝置。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種加工性能高、提高了加工效率以及精度的適用於難加工材料的數控車削用橢圓超聲振動切削裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案：適用於難加工材料的數控車削用橢圓超聲振動切削裝置，包括刀具固定架和兩套結構相同的超聲振動系統，刀具固定架上裝配有刀具，兩套超聲振動系統的動力輸出端均與刀具固定架固定連接；

其中一套超聲振動系統包括變幅杆、套筒、換能器和超聲波電源，套筒底部設有端蓋，端蓋上開設有穿線孔，換能器位於在套筒內，換能器、變幅杆和套筒的中心線均沿垂直方向設置，換能器和變幅杆均與套筒同軸線設置，變幅杆的下端部通過雙頭螺栓與換能器的上端部連接，變幅杆上設有法蘭盤，變幅杆通過法蘭盤與套筒的上端固定連接，變幅杆的上端高於套筒的上端，變幅杆的上端與超聲波電源通過穿設在穿線孔內的電源線與換能器連接；

另一套超聲振動系統的換能器、變幅杆和套筒的中心線均沿前後方向水平設置，變幅杆位於換能器前側；

中心線沿垂直方向設置的套筒通過連接機構與固定在數控車床刀架上，中心線沿垂直方向設置的套筒與中心線沿水平方向設置的套筒的外壁之間通過斜撐板連接。

連接機構包括一個活動連接架和兩個T形架，兩根T形架上下並排設置在活動連接架的左側；T形架的豎向截面為T形，每個T形架包括垂直設置的第一連接板和水平設置的第二連接板，第一連接板固定在套筒右側外壁，第二連接板的左端與第一連接板固定連接，第一連接板的右端部沿垂直方向並排開設有兩個第一螺紋孔；活動連接架包括一體成型的槽鋼和固定板，槽鋼垂直設置且開口朝左，槽鋼上沿前後水平方向並排開設有兩個第二螺紋孔，固定板的左端與槽鋼固定連接，固定板的右端可拆卸連接在數控車床刀架上，第二連接板的右端部伸入到槽鋼內，第一螺紋孔內均螺紋連接有第一螺栓，第二螺紋孔內均螺紋連接有第二螺栓，第二螺栓位於兩個第一螺栓之間。

採用上述技術方案，本實用新型具有以下有益效果：本裝置為二維超聲輔助車削加工，本裝置在對難加工切削材料進行加工時，對加工工件在切向和軸向方向上施加超聲激烈信號時，刀具固定架處會產生橢圓運動，從而使刀具在切向和軸向方向的切削力降低，從而提高工件的加工精度，在適合的切削參數下，可以有效地提高工件的去除率，提高加工效率和刀具壽命，用超聲輔助車削對加工難切削材料進行加工時，在適當的切削速度和一定的刀具振動頻率和振幅條件下，刀具和切屑及加工材料成周期性分離，導致了切削力的減小，切削溫度的降低和較薄切屑的形成，另外在垂直設置的超聲振動系統的套筒與水平設置的超聲振動系統的套筒之間固定設有斜撐板，斜撐板用於提升整體系統的剛性強度，使其結構牢固；中心線沿垂直方向設置的套筒通過連接機構與固定在數控車床刀架上，通過連接機構這種方式連接，便於拆卸；超聲輔助切削技術不僅可以使零件的光潔度、圓度的大幅度改善、精度大大提高，且可使刀具的壽命延長。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是活動連接架的結構示意圖；

圖3是圖2的左向視圖；

圖4是圖2的俯視圖；

圖5是T形架的結構示意圖；

圖6是圖1中A-A處的剖視圖。

具體實施方式

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語 「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖1所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

如圖1-6所示，本實用新型的適用於難加工材料的數控車削用橢圓超聲振動切削裝置，包括刀具固定架1和兩套結構相同的超聲振動系統2，刀具固定架1上裝配有刀具3，兩套超聲振動系統2的動力輸出端均與刀具固定架1固定連接；

其中一套超聲振動系統2包括變幅杆5、套筒6、換能器7和超聲波電源，超聲波電源為本領域現有技術，圖中未示出，套筒6底部設有端蓋8，端蓋8上開設有穿線孔9，換能器7位於在套筒6內，換能器7、變幅杆5和套筒6的中心線均沿垂直方向設置，換能器7和變幅杆5均與套筒6同軸線設置，變幅杆5的下端部通過雙頭螺栓10與換能器7的上端部連接，變幅杆5上設有法蘭盤11，變幅杆5通過法蘭盤11與套筒6的上端固定連接，變幅杆5的上端高於套筒6的上端，變幅杆5的上端與超聲波電源通過穿設在穿線孔9內的電源線與換能器7連接；

另一套超聲振動系統2的換能器7、變幅杆5和套筒6的中心線均沿前後方向水平設置，變幅杆5位於換能器7的前側；

中心線沿垂直方向設置的套筒6通過連接機構與固定在數控車床刀架4上，中心線沿垂直方向設置的套筒6與中心線沿水平方向設置的套筒6的外壁之間通過斜撐板22連接。

連接機構包括一個活動連接架12和兩個T形架13，兩根T形架13上下並排設置在活動連接架12的左側；T形架13的豎向截面為T形，每個T形架13包括垂直設置的第一連接板14和水平設置的第二連接板15，第一連接板14固定在套筒6右側外壁，第二連接板15的左端與第一連接板14固定連接，第一連接板14的右端部沿垂直方向並排開設有兩個第一螺紋孔16；活動連接架12包括一體成型的槽鋼17和固定板18，槽鋼17垂直設置且開口朝左，槽鋼17上沿前後水平方向並排開設有兩個第二螺紋孔19，固定板18的左端與槽鋼17固定連接，固定板18的右端可拆卸連接在數控車床刀架4上，第二連接板15的右端部伸入到槽鋼17內，第一螺紋孔16內均螺紋連接有第一螺栓21，第二螺紋孔19內均螺紋連接有第二螺栓20，第二螺栓20位於兩個第一螺栓21之間。

圖1中涉及到的附圖標記30為數控車床上的卡盤，31為裝夾在卡盤30上的工件，32為數控車床上的尾座，尾座32上的頂尖33頂緊工件31的一端中心。

在進行難加工材料超聲振動車削時，超聲波電源為兩相互垂直的超聲振動系統提供激勵信號，首先將超聲波電源將220V，50Hz的交流電轉換成超聲波正弦波振動信號，然後經穿設在穿線孔9內的電源線傳遞給換能器7，換能器7將振動信號轉換為超聲波機械振動並傳遞給變幅杆5，變幅杆5將換能器7的縱向振動進行放大到合理的參數，兩根相互垂直的超聲振動系統2在交匯處產生兩個相互垂直的縱向振動，在刀具固定架1處形成橢圓振動軌跡，經過刀具固定架1傳動給刀具3，在數控車床上安裝好工件後，通過數控車床設定好的切削參數後，就可以實現難加工材料的超聲振動車削加工。

本實施例並非對本實用新型的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本實用新型技術方案的保護範圍。