一种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆制造技术

本发明专利技术公开了一种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆,它为整体件，包括主体杆和多个变幅杆，主体杆为沿刀具工作台长度向设置的变径杆，变幅杆为杆径自刀具工作台向拉刀刀盒减小的变径杆，各变幅杆的底端均连接于主体杆的变径位置处。使用时，由于变幅杆的杆径自振动穿入端向传出端减小，能够将能量聚集在较小的面积上，将振动放大传递至拉刀刀盒及拉刀，达到很高的振动速度，满足在加工涡轮盘榫槽时的高振动速度要求，提高了表面质量；并放大了振幅，确保刀齿与工件在一个振动频率周期内完全脱离，避免了当刀具从未切落的材料上退回时刀具撞到工件的可能性，从而能够提高加工效率，并能减小干涉给刀具带来的损伤，延长了刀具的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆
本专利技术属于拉削加工设备领域，尤其涉及一种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆。
技术介绍
在涡轮盘榫槽加工中，由于榫槽曲面复杂且精度要求高，为了满足其要求，在加工过程中需要采用不同齿形及几何轮廓的拉刀，且加工过程中系统的振动，刀具的磨损有更加严格的要求，附加涡轮盘的材料为镍基合金的难加工特性等因数，均会对采用高效的拉削加工涡轮盘榫槽时产生影响。而拉削加工中的切削力比普通的车，铣削工艺要大许多，对机床的刚性，刀具的耐冲击性提出了更高的要求。在加工涡轮盘榫槽中，由于榫槽的一个轮廓是曲线(X-Y平面内)，切削过程中形成的切屑是一个曲面，在超声振动辅助加工中，刀具与工件沿着X轴和Y轴相对振动时，均会产生干涉。无法保证在一个振动频率周期内形成无干涉状态——即刀齿与工件完全脱离，影响拉削效率且缩短了刀具的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆，助于刀齿与工件在一个振动频率周期内实现完全脱离。本专利技术提供的这种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆,它为整体件，包括主体杆和多个变幅杆，主体杆为沿刀具工作台长度向设置的变径杆，变幅杆为杆径自刀具工作台向拉刀刀盒减小的变径杆，各变幅杆的底端均连接于主体杆的变径位置处。作为优选，使所述主体杆包括中部的八棱柱段，八棱柱段两端均对称设置有过渡段和六棱柱段，过渡段为圆锥段，八棱柱段的截面积大于六棱柱段的截面积。在一个具体实施方式中，使所述圆锥段的锥度为1:12。为了减小应力集中，使所述变幅杆从下往上依次为大径圆柱段、变径段和小径圆柱段，变径段的母线为高斯曲线。为了实现补偿，使所述变幅杆有两类，为第一变幅杆和第二变幅杆，第一变幅杆设置于六棱柱段上，第二变幅杆设置于八棱柱段上，第一变幅杆的大径圆柱段长于第二变幅杆的大径圆柱段以实现结构补偿，各变幅杆的顶端位于同一高度面。为了提高振动稳定性，所述过渡段与八棱柱段之间倒有圆角，圆角半径的大小为第一变幅杆大径圆柱段长度的八分之一。为了提高振动稳定性，所述八棱柱段与第二变幅杆之间设有圆弧段，圆弧段半径为六棱柱段长度的八分之一。为了提高振动稳定性，所述过渡段与六棱柱段之间倒有圆角，圆角半径为R3，其大小确定步骤为：第一步：依据求出N值；第二步：依据求出A值；第三步，查看阶梯型变幅杆最佳过渡圆弧半径与N之间的关系表，获得β值；第四步，依据R3＝β·D1，求出R3值；其中D1为六棱柱段横截面的等效直径，L1为六棱柱段长度,D2为过渡段中间位置的横截面的等效直径，L2为过渡段长度，N为放大系数。作为优选，使所述主体杆和多个变幅杆的材料为钛合金。本专利技术在投入使用时，驱动整个振动变幅杆振动，通过主体杆和变幅杆将振动传递，由于变幅杆的杆径自振动穿入端向传出端减小，因此变幅杆能够将能量聚集在较小的面积上，将振动放大传递至拉刀刀盒及拉刀，达到很高的振动速度，满足在加工涡轮盘榫槽时的高振动速度要求，使其在一定振动周期内具有更快的振动速度，提高了表面质量；并且放大了振幅，确保刀齿与工件在一个振动频率周期内完全脱离，避免了当刀具从未切落的材料上退回时刀具撞到工件的可能性，从而能够提高加工效率，并能减小干涉给刀具带来的损伤，延长了刀具的使用寿命。附图说明图1为本专利技术一个优选实施例的主视示意图。图2为图1中A-A处的剖面放大示意图。图3为图1中B-B处的剖面放大示意图。图4为本实施例的振型示意图。图示序号：1—主体杆，11—八棱柱段，12—过渡段，13—六棱柱段；2—第一变幅杆；3—第二变幅杆；A—大径圆柱段；B—变径段；C—小径圆柱段。具体实施方式专利技术人在进行设计时，考虑到目前在加工涡轮盘榫槽中，由于榫槽的一个轮廓是曲线(X-Y平面内)，切削过程中形成的切屑是一个曲面，在超声振动辅助加工中，刀具与工件沿着x,y轴相对振动时，均会产生干涉。没有保证在一个振动频率周期内刀齿与工件脱离接触。专利技术人为了解决以上的干涉问题，在切削振动传递系统中，希望对X，Y，Z向的振动传递系统进行控制，以实现无运动干涉，即在周期内的部分时间内实现了刀具与工件完全在x，y，z方向脱离了接触。因此根据振动特性，专利技术人设计了本装置，可控的增大拉刀的振幅，以解决一个振动频率周期内刀齿与工件未能完脱离的问题。如图1所示，本实施例提供的这种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆，包括主体杆1、第一变幅杆2和第二变幅杆3。如图1—3所示，主体杆包括中部的八棱柱段11，八棱柱段两端均对称设置有过渡段12和六棱柱段13，过渡段为圆锥段，锥度为1:12，八棱柱段的截面积大于六棱柱段的截面积；在过渡段与八棱柱段之间倒有半径为R1的圆角，八棱柱段与第二变幅杆之间设有半径为R2的圆弧段，过渡段与六棱柱段之间倒有半径为R3的圆角，R1大小为第一变幅杆大径圆柱段长度的八分之一，R2为六棱柱段长度的八分之一，R3由六棱柱段横截面的等效直径D1，长度L1,过渡段中间位置的横截面的等效直径D2，长度L2及振动放大系数N决定。确定R3大小时，首先依据求出N值；然后依据求出A值；接着查看阶梯型变幅杆最佳过渡圆弧半径与N之间的关系表，获得β值；最后依据R3＝β·D1，即可求出R3值。以保证振动变幅杆受超声换能器作用后振动稳定可控。变幅杆有两类，分为第一变幅杆2和第二变幅杆3，两类变幅杆结构相同，从下往上依次为大径圆柱段A、变径段B和小径圆柱段C，变径段的母线为高斯曲线，通过将变径段的母线设计为高斯曲线能够降低应力集中值，解决在细部接近突变处容易发生因疲劳而断裂的问题，同时使变幅杆的实际谐振频率接近理论值；第一变幅杆设置于六棱柱段上，第二变幅杆设置于八棱柱段上，并将第一变幅杆的大径圆柱段设计为长于第二变幅杆的大径圆柱段，以补偿六棱柱段与八棱柱段之间高度差，使各变幅杆的顶端位于同一高度面上。本实施例在投入使用时，将由超声波发生器驱动的两组超声换能器分别沿X轴和Y轴方向布置于主体杆的长度方向中心位置处，使振动变幅杆产生如图4所示的振型，在X轴方向前后布置的压电致动器产生在X平面内的振型，在Y轴方向前后布置的压电致动器产生在Y平面内的振型，其中超声换能器选用压电制动器；同时由于变幅杆的设置使振动变幅杆沿Y轴方向的质心不在轴线上，使振动变幅杆在压电制动器作用下，产生以Y轴为中心在Z轴方向的往复摆动，实现了Z向的振动，即拉削加工速度方向的振动，实现了沿着三个主要方向的振动。而各变幅杆的顶端为小径端，能够将超声能量聚集在较小的面积上，使Y方向的振动放大传递至拉刀刀盒及拉刀，达到很高的振动速度，满足在加工涡轮盘榫槽时的高振动速度要求，使其在一定振动周期内具有更快的振动速度，提高了表面质量；并且能够可控的增大拉刀的振幅，以解决一个振动频率周期内刀齿与工件未能完脱离的问题。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆,其特征在于：它为整体件，包括主体杆和多个变幅杆，主体杆为沿刀具工作台长度向设置的变径杆，变幅杆为杆径自刀具工作台向拉刀刀盒减小的变径杆，各变幅杆的底端均连接于主体杆的变径位置处。

【技术特征摘要】
1.一种用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆,其特征在于：它为整体件，包括主体杆和多个变幅杆，主体杆为沿刀具工作台长度向设置的变径杆，变幅杆为杆径自刀具工作台向拉刀刀盒减小的变径杆，各变幅杆的底端均连接于主体杆的变径位置处。2.根据权利要求1所述的用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆，其特征在于：所述主体杆包括中部的八棱柱段，八棱柱段两端均对称设置有过渡段和六棱柱段，过渡段为圆锥段，八棱柱段的截面积大于六棱柱段的截面积。3.根据权利要求2所述的用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆，其特征在于：所述圆锥段的锥度为1:12。4.根据权利要求2所述的用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆，其特征在于：所述变幅杆从下往上依次为大径圆柱段、变径段和小径圆柱段，变径段的母线为高斯曲线。5.根据权利要求4所述的用于超声高速振动辅助加工的大幅值振动变幅杆，其特征在于：所述变幅杆有两类，为第一变幅杆和第二变幅杆，第一变幅杆设置于六棱柱段上，第二变幅杆设置于八棱柱段上，第一变幅杆的大径圆柱段长于第二变幅杆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐进元，陈雪林，丁撼，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43