[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

说明书

本发明公开了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，装置包括超声波发生器、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、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；主体杆通过连接座装配于刀具工作台；通过振动变幅杆将振动放大后可控的传递至拉刀。确保刀齿与工件在一个振动频率周期内完全脱离。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。

技术领域

本发明涉及一种拉削加工装置及方法，尤其涉及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。

背景技术

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轴相对振动时，不切削时会产生如图7所示的干涉。同样的，沿着Y轴振动使不切削时会产生如图8所示的干涉，没有保证在一个振动频率周期内形成如图9所示状态——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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现在一个振动频率周期内刀齿与工件不切削时完全脱离的超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置及方法。

本发明提供的这种超声振动辅助高效拉削加工涡轮盘榫槽的装置，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；超声换能器有两组，均设置于主体杆上，一组别用于驱动振动变幅杆沿X向振动，另一组用于驱动振动变幅杆沿Y向振动；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。

在一个具体实施方式中，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。

为了放大振动并降低应力集中，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。

为了提高振动的可控性，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。

作为优选，使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。

为了提高振动的稳定性，本装置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，圆弧过渡段的与竖直段之间的夹角为45°。

相配套的，使所述连接座有两类，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。