[发明专利]一种双激励超声椭圆振动加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声椭圆振动加工装置，特别涉及一种双激励超声椭圆振动加工装置，属于机械加工技术领域。

背景技术

振动辅助加工是20世纪50年代出现的一种新型加工技术，能够有效改善加工质量，因而受到广泛关注。早期振动辅助加工技术多为低频一维振动辅助加工，即在切削方向上的振动。20世纪90年代，日本学者首次提出椭圆振动技术，其形式是通过两组垂直分布的压电陶瓷片的伸缩振动，使变幅杆产生弯曲振动，并在两端合成椭圆振动轨迹。与常规的切削相比，椭圆振动切削可有效减小切削力，提高加工精度，延长刀具寿命，对于刀具表面附着物和表面毛刺的生成有良好的抑制作用，适合硬脆材料的精密加工。但是，现有的椭圆振动加工装置的两个激励振源为垂直分布，使整个振动系统结构复杂，体积较大，不便于在机械加工装置上安装与使用。

为解决这一技术问题，北京航空航天大学和河南理工大学分别提出了一种单激励纵弯复合椭圆振动切削系统，振动系统由单激励的纵向振动和开有一定角度、深度、数量的斜槽的变幅杆组成，斜槽对振动方式会发生转换，使得变幅杆受到纵向和弯曲两种振动，从而在工具处产生椭圆振动。但是，这种单激励纵弯复合椭圆振动加工装置的缺陷也非常明显：一是对开斜槽角度、深度和数量都有较高优化要求，加工难度大，可调节性差；二是开槽的设计对复合振动的产生较大的不利影响，使装置很难达到理想的辅助切削效果。

韩国大邱加图立大学提出了另一种技术解决方案，采用由两个压电振源平行布置的结构，既克服了双激励振源垂直布置导致的装置结构复杂、体积过大的缺陷，又克服了单激励振源纵弯复合椭圆振动装置的开槽加工难度大、可调节性差、振动切削效果受影响等缺陷，取得了较好的技术效果。

但是，上述技术方案仍然存在明确的缺陷与不足：一是压电材料的本身性能决定了该装置的输出振幅较小、功率不足，无法满足机床动态切削的性能要求，因而仅能应用于V槽等冲击不大的工况加工，而对于一些要求输出功率大、负载力强、能量转换效率高的加工工况则不能适应。二是压电振子的发热明显，采用空冷方式达不到理想的散热效果。由于磁致伸缩换能器总处于高强度、高频率磁场中工作，磁滞损耗、涡流损耗及线圈电阻损耗严重，产生的热量非常大，另一方面，磁致伸缩材料本身对外界温度比较敏感，一旦到达居里温度，其致动性能就基本丧失，因而散热冷却是磁致伸缩换能器发展中的重要技术问题，也是现有技术中限制磁致伸缩换能器向大功率、实用化发展的技术瓶颈。三是传统双激励振源的振动合成结构为刚性连接，而刚性连接存在灵敏度差、缺少微位移放大功能等问题，并且机械配合、摩擦等因素不可避免地降低位移合成与传递的精度。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的超声椭圆振动加工装置存在的输出功率小、能量转换效率低、空冷散热效果差、传统双振源输出的刚性连接方式灵敏度差、缺少位移放大功能等缺陷与不足，提供一种采用超磁致伸缩材料作为驱动结构的双激励超声椭圆振动加工装置，采用双腔室平行对称布置两组超磁致伸缩换能器，并在双腔室内设置单向水冷系统，在振动输出端采用柔性铰链连接，具有输出功率大、负载力强、能量转换效率高、频带宽、结构紧凑合理等优点，广泛适用于各类超声椭圆振动加工工况。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种双激励超声椭圆振动加工装置，包括前刀具、振动发生单元和后刀柄，其特征在于：所述振动发生单元包括两组平行布置的超磁致伸缩换能器，所述每组超磁致伸缩换能器包括由超磁致伸缩材料制成的超磁致伸缩棒。

一种双激励超声椭圆振动加工装置，所述振动发生单元还包括上下开口的的外套筒，所述外套筒的内腔被竖向隔板分隔为两个相同的腔室，所述两组超磁致伸缩换能器分别设置在两个腔室内，所述每组超磁致伸缩换能器包括从外环向内环依次设置的偏置磁场发生器、励磁线圈、支撑套、超磁致伸缩棒，所述每组超磁致伸缩换能器还包括位于顶部的上轭铁和位于底部的下轭铁，所述上轭铁、下轭铁和偏置磁场发生器一起形成对励磁线圈、支撑套、超磁致伸缩棒的围护结构并构成闭合磁回路，所述下轭铁与后刀柄固定连接，所述每组超磁致伸缩换能器还包括位于上轭铁上部的输出杆，所述输出杆通过预紧装置与上轭铁挤压连接。

一种双激励超声椭圆振动加工装置，所述预紧装置包括由下至上依次套接在输出杆上的碟簧、衬片和预紧螺母,所述预紧螺母的外螺纹与外套筒内壁的内螺纹相旋合，所述预紧螺母旋合后使输出杆与上轭铁挤压连接。

一种双激励超声椭圆振动加工装置，所述偏置磁场发生器为永磁体或通入偏置电流的线圈。

一种双激励超声椭圆振动加工装置，所述支撑套由尼龙材料制成。