一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法技术

本发明专利技术公开了一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，其所述变幅器设置一个小端和两个大端，其中，第一、第二大端沿变幅器水平方向分布且相互成一定夹角，所述两个大端上分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极；所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具。本发明专利技术两组陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相复合的二维振动，经变幅器特殊结构将第一、第二大端处两组纵向振动力复合，其中竖直方向的力大小相等方向相反相互抵消，水平方向的振动方向相同复合得到力产生二维振动。当振动沿变幅器主体的水平方向传播时，最终在输出端得到二维复合振动。

A two-dimensional elliptical ultrasonic vibration turning method with double excitation and included angle

【技术实现步骤摘要】
一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法
本专利技术属于超声振动加工装置
,具体涉及一种适用于难加工材料的车削或镗削加工用二维夹角式双激励椭圆超声振动切削方法。
技术介绍
针对航空航天国防和高端装备制造等领域的难加工材料如镍基高温合金、超高强度钢、金属间化合物、钛合金、颗粒增强复合材料等抗疲劳制造问题开展研究,目前这些材料的可加工性差,特别是该类材料的精密加工,效率非常低,成本高,并且零件加工硬化严重,加工表面残留显著的残余拉应力,严重影响零件的使役寿命,成为制约该材料在航空航天和汽车发动机领域广泛应用的关键,也成为大推重力比航空发动机研制的关键技术问题之一。目前常见的变幅器多采用换能器与变幅杆分体式设计，换能器与变幅器之间通过螺栓连接，超声振动在传递的过程中会有较大的损失，不能在发射端获得理想的振幅，从而影响实际的加工效果，阻碍了超声加工技术的进一步推广。传统的加工方法已不能适应该类零件的加工,需要后续表面改性,大量的研究表明多维超声加工可使被加工零件表面获得较大的残余压应力,表面可以形成抗疲劳性能良好的纳米晶组织等,为了更好地改善难加工材料的可加工性能,还需设计一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法。
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、减小空间占用比、沿刀具进给方向做水平椭圆超声振动辅助车削、振动效果好且能有效提高发射端输出二维分量比的二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法。本专利技术的技术方案是：一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，包括以下步骤：a、将变幅器设计为“飞镖”形，其水平方向的一端设计为小端，另一端向外侧辐射分别设计为第一大端和第二大端，并在第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，变幅器的结构尺寸满足“半波长”设计要求；b、将所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具头，两组压电陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互成角度的纵向振动，两列波在交汇处相遇叠加，产生二维复合振动；c、通过控制两组压电陶瓷片输入信号的频率、相位和振幅从而控制以纵振或者二维复合振动状态工作。在上述的一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法中，第一大端和第二大端的参数包括：截面尺寸、两大端间夹角α、第一大端和第二大端之间的水平距离，通过调整上述参数得到二维分量比。在上述的一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法中，变幅器的前端结构是矩形、柱形或悬链线形；根据加工需要，刀具为车刀或镗刀；变幅器通过水平调节装置的固定板布置在机床上。在上述的一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法中，包括机床夹紧装置、工件、水平调节装置、车削装置、超声波发生器、电缆组成，其特征是：所述变幅器的两个互成角度的反射端分别由超声波发生器控制，而且超声波发生器可以根据实际加工工艺的需要而设置高频电激励信号的频率、相位；所述车削装置是本专利技术的核心构件，包括车刀、工具头、第一大端、第二大端、反射端、压电陶瓷片、铜电极和变幅器，其特征是：所述变幅器整体呈“飞镖”状，其水平方向的一端设计为小端，另一端向外侧辐射分别设计为第一大端和第二大端，所述第一大端和第二大端处分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极；所述变幅器整体尺寸按照“半波长”规律设计，所述发射端的外端部中心设置刀具，两组压电陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互成角度的纵向振动，两列波在交汇处相遇叠加，产生二维复合振动。在上述的一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法中，所述车削装置由超声波发生器输入相应高频电激励信号，经变幅器传递后在车刀刀尖处表现为沿进给方向的椭圆振动轨迹，从而实现水平方向的椭圆超声车削辅助加工；其中变幅器的第一大端和第二大端的端面中心设置有螺纹孔，两组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极分别通过连接螺栓串接在一起，并且，所述连接螺栓与所述螺纹孔旋合连接。在上述的一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法中，每组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极中分别包括偶数个压电陶瓷片和铜电极，二者间隔交错分布，所述压电陶瓷片接触面间纵向极化方向相反，所述压电陶瓷片净化处理后采用专业粘合剂粘合，并进行老化处理；各接触面、圆周面进行精磨，达到粗糙度及跳动要求。所述变幅器的底部设置有螺纹安装孔，该安装孔与水平调节装置顶部的固定板采用螺栓联结固定。所述变幅器的小端截面形状根据不同使用场景为矩形、柱形或悬链线形，所述刀具为车刀或镗刀。根据所述压电陶瓷片的面积和连接螺栓的横截面积计算预紧力，并通过测力矩扳手施加预紧力，进一步保证接触面间紧密贴合。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，可以在零件的表面上形成连续的表面微织构，进而显著改善零件已加工表面质量和摩擦性能。本专利技术采用一体式“飞镖”形结构设计，简化了换能器与变幅器之间的连接结构，并直接使互成角度的一组振动直接叠加产生二维复合振动，大幅增加了发射端输出振幅，同时提高了二维分量比。本专利技术对换能器部分进行一体式设计，在保证良好的模态叠加效果的情况下可减少超声波传递、叠加过程中的损失，确保在发射端获得理想的振幅。本专利技术变幅器通过螺栓与水平调节装置顶部的固定板连接，水平调节装置底部的固定板上设有螺栓孔可以方便与机床连接；水平调节装置可通过底部固定板的调节孔调整安装在发射端的车刀与工件的相对位置。本专利技术设计合理，采用“飞镖”形结构的变幅器设计，两列波在交汇处相遇叠加，可以获得二维复合振动，扩大了超声加工系统的适用范围，易于推广实施，具有良好的经济效益。本专利技术两组压电陶瓷片同时工作，确保输出的二维振动有足够的能量，可以用于对输出功率要求较高的加工场合。附图说明图1所示为一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法的结构示意图。图2所示为图1中车削装置结构示意图。图3所示为变幅器的主视图。图4所示为图3的俯视图。图5所示为图3的左视图。图6所示为图3的剖视图。图7所示为变幅器的模态图。具体实施方式实施例：参见图1-图7，图中，1-机床夹紧装置，2-工件，3-水平调节装置，4-车削装置，5-超声波发生器，6-电缆；3-1固定螺栓，3-2水平调节装置顶部固定板，3-3水平调节装置底部固定孔；4-1车刀，4-2工具头，4-3变幅器，4-4第一大端，4-5换能器A，4-6换能器B，4-7第二大端。一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法包括超声波发生器5、电缆6、车削装置4、水平调节装置3。车削装置4包括车刀4-1、工具头4-2、变幅器4-3、第一大端4-4、换能器A4-5、换能器B4-6、第二大端4-7。高频电激励信号的传播分两条路线，其中，一路为超声波发生器5与换能器A4-5及第一大端4-4；另一路为超声波发生器5与换能器B4-6及第二大端4-7。变幅器4-3的前端和后端中部采用正方形截面设计，后端设计成“飞镖”形，并在水平方向上设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，其特征是：将变幅器设计为“飞镖”形，其水平方向的一端设计为小端，另一端向外侧辐射分别设计为第一大端和第二大端，并在第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，变幅器的结构尺寸满足“半波长”设计要求。/n

【技术特征摘要】
1.一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，其特征是：将变幅器设计为“飞镖”形，其水平方向的一端设计为小端，另一端向外侧辐射分别设计为第一大端和第二大端，并在第一大端和第二大端分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极，变幅器的结构尺寸满足“半波长”设计要求。


2.根据权利要求1所述的一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，其特征是：所述第一大端和第二大端的参数包括截面尺寸、两大端间的夹角α、第一大端和第二大端之间的水平距离，通过调整上述参数得到二维分量比。


3.根据权利要求1所述的一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，其特征是：所述变幅器通过水平调节装置的固定板布置在机床上。


4.一种二维夹角式双激励椭圆超声振动车削方法，包括机床夹紧装置、工件、水平调节装置、车削装置、超声波发生器、电缆组成，其特征是：所述变幅器的两个互成角...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国富，袁照杰，夏子文，王毅，李康，苏婷婷，向道辉，赵波，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41