[发明专利]一种纵扭复合超声振动切削装置

说明书

技术领域

本发明属于复合超声振动切削加工技术领域，特别是涉及一种纵扭复合超声振动切削装置。

背景技术

随着航空航天、半导体和电子工程的发展,晶体硅、光学玻璃、工程陶瓷等硬脆难加工材料在这些工程中获得广泛应用，但由于这些硬脆材料成形加工十分困难，严重影响了这些难加工材料的进一步推广应用，使这些硬脆性难加工材料的高精度切削加工技术成为世界各国制造业的一个重要研究课题。超声振动切削技术在硬脆性难加工材料的超精密加工中表现出优良的工艺特性，受到国际学术界和企业界的普遍重视。现有的超声波振动切削装置主要有一维超声振动钻削、铣削、车削，二维复合的超声振动钻削、铣削以及二维椭圆超声振动切削等。与一维超声振动切削相比，二维复合的超声振动切削可进一步提高工件的加工精度、降低工件的表面粗糙度、有效减小切削力、增加材料去除率、延长刀具寿命和显著提高加工效率等，但是二维复合的超声振动切削至少需要二个超声振动源，具有结构复杂、不易控制及成本高等缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种纵扭复合超声振动切削装置，该装置采用超声振动纵扭主轴系统，实现了纵扭复合超声振动钻削或铣削，且结构简单，安装方便，加工省时省力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种纵扭复合超声振动切削装置，包括同轴设置的加工刀具、超声振动纵扭主轴系统和装夹锥柄，超声振动纵扭主轴系统由预紧螺栓、定位卡盘、电极片、绝缘片、绝缘套、压电陶瓷片、扭转变幅体、变幅杆及集流环组成，集流环设置在变幅杆的顶部，扭转变幅体设置在集流环的顶部，扭转变幅体为倒置的圆筒形结构，在扭转变幅体的外侧壁上、沿着圆周方向设置有栅格组，栅格组为若干个相互平行的通槽，通槽倾斜设置，在扭转变幅体的顶部设置有预紧螺栓，在扭转变幅体的上方、预紧螺栓的顶部固定有定位卡盘，在定位卡盘与扭转变幅体顶部之间的预紧螺栓上设置有绝缘套，在扭转变幅体顶部与定位卡盘之间、绝缘套的外侧设置有上、下压电陶瓷片，上、下压电陶瓷片相邻端面的极性相同；在上压电陶瓷片与定位卡盘之间、下压电陶瓷片与扭转变幅体之间的绝缘套外分别设置有上、下绝缘片；在上绝缘片与上压电陶瓷片之间、下压电陶瓷片与下绝缘片之间及上、下压电陶瓷片之间的绝缘套外分别设置有上、下、中电极片，所述加工刀具固定在变幅杆的底部，装夹锥柄固定在定位卡盘的顶部。

所述扭转变幅体上设置有固定盘，固定盘与集流环、变幅杆通过螺栓相连接。

在所述扭转变幅体的顶部设置有通孔，预紧螺栓的底部穿过通孔设置在扭转变幅体内，且与扭转变幅体内的螺母相配合。

所述装夹锥柄采用莫氏锥柄结构。

所述加工刀具与变幅杆的底部之间通过夹头相连接。

本发明的有益效果：

本发明只需一个超声振动源，即可实现纵扭复合超声振动切削，且结构简单、控制容易、成本低、安装方便、加工省时省力，具体优势如下：

1、本发明采用了超声振动纵扭主轴系统，即在一个超声频率纵向振动的基础上增加一个与纵向振动的超声频率相同的扭转振动，进一步提高了钻削或铣削的加工性能；

2、本发明在振动钻削或铣削加工过程中，加工刀具与工件是非连续性接触，时切时离，加工刀具的运动速度和方向不断地变化，解决了钻削或铣削时存在的切削力大、刀具寿命低、加工质量差、排屑困难等问题；

3、本发明除了可完成对各种零件的超声钻削外，还可以进行超声铣削，用以加工不锈钢、复合材料等难加工材料。

附图说明

图1为本发明的纵扭复合超声振动切削装置的结构示意图；

图2为图1的侧视剖视图；

图3为图1的A-A剖视图；

图中，1—加工刀具，2--夹头，3—变幅杆，4—扭转变幅体，5—电极片，6—装夹锥柄，7--绝缘片，8--预紧螺栓，9—定位卡盘，10—压电陶瓷片，11--绝缘套，12--垫片，13--螺母，14--集流环，15--固定盘，16--栅格组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。