单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单激励匹配式变螺旋纵‑扭复合超声振动加工方法及装置，它包括反射端、压电陶瓷、铜电极和变幅杆，所述变幅杆的发射端的外圆周表面上设置变螺旋槽，所述螺旋槽参数的改变能够产生不同的纵扭振动幅值比例，并且，所述变幅杆的发射端的中心处沿轴线开设圆柱槽，所述圆柱槽内注入有配重液体，所述圆柱槽内设置有封堵并密封所述配重液体的橡胶塞和密封圈；通过调整所述橡胶塞和所述密封圈的位置来改变所述圆柱槽内流体体积，或者更换流体的种类，来改变纵‑扭复合超声振子的质量，以补偿夹装不同刀具杆时的频率的损失或者增加，从而实现夹装不同刀具杆时，超声装置的谐振频率、振动模态及振形的一致性。

【技术实现步骤摘要】
单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法及装置
：本专利技术涉及一种超声振动加工机械领域，特别是涉及一种单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法及装置。
技术介绍
：随着硬脆材料，特别是纳米复相陶瓷和金属基复合材料加工需求日益增多，功率超声加工技术得到广泛的应用。传统的超声加工较多采用单一振动形式，随着超声振动理论与实践的不断改进和完善，纵-扭、纵-弯等复合振动形式得到发展。研究表明，在单激励纵-扭复合超声振动形式下，硬脆材料的被加工表面、铣削稳定性及刀具磨损得到大幅度改善。应不同的加工生产需求，对变幅器末端输出纵扭幅值比例要求不同，通过设计变幅杆上不同的螺旋槽结构可以得到不同的纵扭幅值比。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够实现最佳纵扭振动幅值比例且有效提高超声加工系统扭转振动分量的单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法及装置。本专利技术的技术方案是：一种单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法，在变幅杆的发射端的外圆周表面上设置变螺旋槽，螺旋槽参数的改变能够产生不同的纵扭振动幅值比例，并且，在变幅杆的发射端的中心处沿轴线开设圆柱槽，在圆柱槽内注入有配重液体，在圆柱槽内设置有封堵并密封配重液体的橡胶塞和密封圈；由于变幅杆夹装不同材料、直径的刀具杆以及刀具杆的伸出长度不同都会影响谐振频率，在夹装不同的刀具杆时，超声振子的质量发生改变，通过调整橡胶塞和密封圈的位置来改变圆柱槽内流体体积，或者更换流体的种类，来改变纵-扭复合超声振子的质量，以补偿夹装不同刀具杆时的频率的损失或者增加，从而实现夹装不同刀具杆时，超声装置的谐振频率、振动模态及振形的一致性。变幅杆为圆锥过渡阶梯型复合变幅杆，在其圆锥段开设变螺旋槽结构，并且，在其中圆锥段和下圆柱段由下端向上沿轴线开设圆柱槽，圆柱槽内注入有配重液体，圆柱槽内设置有封堵并密封配重液体的橡胶塞和密封圈。或者，变幅杆为阶梯变幅杆，在其大圆柱段开设变螺旋槽结构，增加了螺旋沟槽长度，进一步增大复合振动中的扭转分量，并且，在其大圆柱段开设圆柱槽，在圆柱槽里注入不同密度的配重液体，利用橡胶塞和密封圈密封防漏。在圆柱槽的下端口处开设与弹性夹头配合的喇叭口结构；利用高强度外六方的连接螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅杆进行螺纹连接。变螺旋槽的形式为：螺旋槽的宽度b、深度h设计为定值，螺旋角β设计为渐变螺距结构，螺旋角β的表达式为：，其中，P为螺旋槽的螺距，D为变幅杆直径，或者，螺旋槽的宽度b、螺旋槽β设计为定值，深度h设计为渐变结构，或者，螺旋槽的深度h、螺旋槽β设计为定值，宽度b设计为渐变结构，或者，螺旋槽的深度h设计为定值，螺旋槽β和宽度b设计为渐变结构，或者，螺旋槽的宽度b设计为定值，螺旋槽β和深度h设计为渐变结构，或者，螺旋槽的螺旋角β设计为定值，宽度h和深度h设计为渐变结构，或者，螺旋槽的宽度b、深度h和螺旋槽β均设计为渐变结构。一种单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工装置，包括反射端、压电陶瓷、铜电极和变幅杆，所述变幅杆的发射端的外圆周表面上设置变螺旋槽，所述螺旋槽参数的改变能够产生不同的纵扭振动幅值比例，并且，所述变幅杆的发射端的中心处沿轴线开设圆柱槽，所述圆柱槽内注入有配重液体，所述圆柱槽内设置有封堵并密封所述配重液体的橡胶塞和密封圈；通过调整所述橡胶塞和所述密封圈的位置来改变所述圆柱槽内流体体积，或者更换流体的种类，来改变纵-扭复合超声振子的质量，以补偿夹装不同刀具杆时的频率的损失或者增加，从而实现夹装不同刀具杆时，超声装置的谐振频率、振动模态及振形的一致性。所述变幅杆为圆锥过渡阶梯型复合变幅杆，其圆锥段开设所述变螺旋槽结构，并且，其中圆锥段和下圆柱段由下端向上沿轴线开设所述圆柱槽；或者，所述变幅杆为阶梯变幅杆，其大圆柱段开设所述变螺旋槽结构，增加了螺旋沟槽长度，进一步增大复合振动中的扭转分量，并且，在其大圆柱段开设所述圆柱槽。所述圆柱槽的下端口处开设与弹性夹头配合的喇叭口结构；利用高强度外六方的连接螺栓将所述反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅杆进行螺纹连接。变螺旋槽的形式为：螺旋槽的宽度b、深度h设计为定值，螺旋角β设计为渐变螺距结构，螺旋角β的表达式为：，其中，P为螺旋槽的螺距，D为变幅杆直径，或者，螺旋槽的宽度b、螺旋槽β设计为定值，深度h设计为渐变结构，或者，螺旋槽的深度h、螺旋槽β设计为定值，宽度b设计为渐变结构，或者，螺旋槽的深度h设计为定值，螺旋槽β和宽度b设计为渐变结构，或者，螺旋槽的宽度b设计为定值，螺旋槽β和深度h设计为渐变结构，或者，螺旋槽的螺旋角β设计为定值，宽度h和深度h设计为渐变结构，或者，螺旋槽的宽度b、深度h和螺旋槽β均设计为渐变结构。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术单激励产生的纵向振动在螺旋体与圆柱面接触的根部分解为沿着螺旋线方向和垂直螺旋线方向的振动。当这两种振动的振动频率与螺旋体的的局部弯曲振动频率接近或相同时，螺旋体将产生纵向共振和弯曲共振，等效于螺旋体沿圆周面进行扭转振动，但发射端的结构阻尼会造成输出端的纵向振动与扭转振动产生相位差，从而实现工具头的单激励纵-扭复合超声振动，而变螺旋槽结构可以有利于实现最佳的纵扭振动幅值比例。2、本专利技术将阶梯型变幅杆与锥形变幅杆优势互补，形成圆锥过渡阶梯型复合变幅器，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，在保证较大放大系数同时，还保证变幅杆输出端有较高的振动振幅。3、本专利技术在夹装不同的刀具杆时，超声振子的质量发生改变，通过调整橡胶塞和密封圈的位置来改变圆柱槽内流体体积，或者更换流体的种类等，以改变纵-扭复合超声振子的质量，以补偿夹装不同刀具杆时的频率的损失或者增加，从而实现夹装不同刀具杆时，超声装置的谐振频率、振动模态及振形的一致性，大大提高了装置的通用性。4、本专利技术在圆锥段或圆柱段上设计螺旋槽结构实现纵振模态向纵扭复合振动模态的转换，通过在变幅杆上合理设计角度渐变、深度渐变、宽度渐变等变螺旋结构，可以更加容易实现生产中所需要的纵扭幅值比例。5、本专利技术对换能器和变幅杆的进行整体式设计，设计合理、结构紧凑、实用性强，提高振幅输出，易于推广实施，具有良好的经济效益。附图说明：图1为本专利技术变螺旋结构圆锥段纵-扭复合超声振动变幅器的结构示意图；图2为本专利技术变螺旋结构圆柱段纵-扭复合超声振动变幅器的结构示意图；图3为图2所示变幅器的轴向剖面图；图4为本专利技术变螺旋结构圆锥段纵-扭复合超声振动变幅器的整体图；图5为本专利技术圆锥段螺旋槽变深度结构示意图；图6为本专利技术圆锥段螺旋槽变螺旋角结构示意图；图7为本专利技术圆锥段螺旋槽变宽度结构示意图；图8为本专利技术圆锥段螺旋槽多参数变化结构示意图；图9为本专利技术圆柱段螺旋槽变深度度结构示意图；图10为本专利技术圆柱段螺旋槽变螺旋角结构示意图；图11为本专利技术圆柱段螺旋槽变宽度结构示意图；图12为本专利技术圆柱段螺旋槽多参数变化结构示意图。具体实施方式：实施例：参见图1-图12，图中，2-夹心式纵振换能器，3-带螺旋槽的复合变幅杆，4-带螺旋槽的阶梯变幅杆，5-配重液体，6-橡胶塞，7-密封圈，8-连接螺栓，9-反射端，10-压电陶瓷片，11-铜电极，12-发射端。单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单激励匹配式变螺旋纵‑扭复合超声振动加工方法，其特征是：5728变幅杆的发射端的外圆周表面上设置变螺旋槽，螺旋槽参数的改变能够产生不同的纵扭振动幅值比例，并且，在变幅杆的发射端的中心处沿轴线开设圆柱槽，在圆柱槽内注入有配重液体，在圆柱槽内设置有封堵并密封配重液体的橡胶塞和密封圈；由于变幅杆夹装不同材料、直径的刀具杆以及刀具杆的伸出长度不同都会影响谐振频率，在夹装不同的刀具杆时，超声振子的质量发生改变，通过调整橡胶塞和密封圈的位置来改变圆柱槽内流体体积，或者更换流体的种类，来改变纵‑扭复合超声振子的质量，以补偿夹装不同刀具杆时的频率的损失或者增加，从而实现夹装不同刀具杆时，超声装置的谐振频率、振动模态及振形的一致性。

【技术特征摘要】
1.一种单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法，其特征是：5728变幅杆的发射端的外圆周表面上设置变螺旋槽，螺旋槽参数的改变能够产生不同的纵扭振动幅值比例，并且，在变幅杆的发射端的中心处沿轴线开设圆柱槽，在圆柱槽内注入有配重液体，在圆柱槽内设置有封堵并密封配重液体的橡胶塞和密封圈；由于变幅杆夹装不同材料、直径的刀具杆以及刀具杆的伸出长度不同都会影响谐振频率，在夹装不同的刀具杆时，超声振子的质量发生改变，通过调整橡胶塞和密封圈的位置来改变圆柱槽内流体体积，或者更换流体的种类，来改变纵-扭复合超声振子的质量，以补偿夹装不同刀具杆时的频率的损失或者增加，从而实现夹装不同刀具杆时，超声装置的谐振频率、振动模态及振形的一致性。2.根据权利要求1所述的单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法，其特征是：变幅杆为圆锥过渡阶梯型复合变幅杆，在其圆锥段开设变螺旋槽结构，并且，在其中圆锥段和下圆柱段由下端向上沿轴线开设圆柱槽，圆柱槽内注入有配重液体，圆柱槽内设置有封堵并密封配重液体的橡胶塞和密封圈。3.根据权利要求1所述的单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法，其特征是：变幅杆为阶梯变幅杆，在其大圆柱段开设变螺旋槽结构，增加了螺旋沟槽长度，进一步增大复合振动中的扭转分量，并且，在其大圆柱段开设圆柱槽，在圆柱槽里注入不同密度的配重液体，利用橡胶塞和密封圈密封防漏。4.根据权利要求1所述的单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法，其特征是：在圆柱槽的下端口处开设与弹性夹头配合的喇叭口结构；利用高强度外六方的连接螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅杆进行螺纹连接。5.根据权利要求1所述的单激励匹配式变螺旋纵-扭复合超声振动加工方法，其特征是：变螺旋槽的形式为：螺旋槽的宽度b、深度h设计为定值，螺旋角β设计为渐变螺距结构，螺旋角β的表达式为：，其中，P为螺旋槽的螺距，D为变幅杆直径，或者，螺旋槽的宽度b、螺旋槽β设计为定值，深度h设计为渐变结构，或者，螺旋槽的深度h、螺旋槽β设计为定值，宽度b设计为渐变结构，或者，螺旋槽的深度h设计为定值，螺旋槽β和宽度b设计为渐变结构，或者，螺旋槽的宽度b设计为定值，螺旋槽β和深度h设计为渐变...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，常宝琪，李鹏涛，原路生，王毅，王晓博，赵重阳，高国富，向道辉，焦锋，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41