[发明专利]一种超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置及方法

权利要求书

1.一种超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，其特征在于：它包括超声波发生器、超声换能器、振动变幅杆和连接座；

连接座的中部设有贯穿孔，连接座有多个、沿刀具工作台长度方向并列布置，各连接座均可拆卸连接于刀具工作台上；

振动变幅杆包括主体杆和多个变幅杆，主体杆为沿刀具工作台长度方向设置的变径杆，变幅杆为自刀具工作台向拉刀刀盒设置的变径杆，各变幅杆的底端均连接于主体杆的变径位置处、顶端均与拉刀刀盒相连；

主体杆依次穿过各贯穿孔、通过连接座装配于刀具工作台；

超声换能器设置于主体杆上，用于驱动振动变幅杆振动；

超声波发生器与超声换能器相连，驱动超声换能器工作使振动变幅杆进行可控的振动。

2.根据权利要求1所述的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，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所述的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，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。

4.根据权利要求3所述的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，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大径圆柱段以实现结构补偿。

5.根据权利要求4所述的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，其特征在于：所述连接座为几字型座，其两侧翼缘上设有装配孔，其底部设有用于卡入振动变幅杆上的开口，连接座通过穿过装配孔的螺栓与刀具工作台相连，并配套有弹垫，连接座的底面与刀具工作台之间设有垫板，各连接座分别设置于振动变幅杆的振型节点处。

6.根据权利要求5所述的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，其特征在于：它还包括装入所述开口内的弹性垫，弹性垫包括两段竖直段和设置于两竖直段之间的圆弧过渡段，圆弧过渡段与竖直段之间的夹角为45°。

7.根据权利要求5所述的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，其特征在于：所述连接座有两类，一类为内设正六边形孔的第一连接座，另一类为内设正八边形孔的第二连接座。

8.根据权利要求7所述的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，其特征在于：所述振动变幅杆与各第一连接座之间均设有正六边形套，振动变幅杆与各第二连接座之间均设有正八边形套；正六边形套与正八边形套的内外壁均设有玻璃纤维层。

9.一种三维超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的方法，其特征在于，该方法运用权利要求1—8任一所述的装置进行加工，包括以下步骤：

步骤一、将所述装置装配于拉床上，即将连接座装配于刀具工作台上，使振动变幅杆上各变幅杆的顶端与拉刀刀盒相连；

步骤二、将拉刀安装于拉刀刀盒上，使拉刀能够随拉刀刀盒共同振动；

步骤三、控制刀具工作台运动的同时启动超声波发生器，驱动超声换能器工作，使振动变幅杆进行可控的振动，振动变幅杆将该振动放大后传递至拉刀，使刀齿与工件在一个振动周期内实现部分时间加工与部分时间非加工的循坏周期。

10.根据权利要求9所述的三维超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的方法，其特征在于：在步骤三中控制拉刀先以较低的拉削速度进行加工，以保障完全实现了在一个振动周期内的加工和非加工循坏过程，待完全进入切削状态后，再提高拉削速度和/或增加刀具与工件间切削深度，实现高效率加工。