[发明专利]一种双螺旋槽组合式单激励三维曲面超声辅助车削装置

说明书

一种双螺旋槽组合式单激励三维曲面超声辅助车削装置，属于复合超声振动切削加工领域，包括超声波激励装置、双螺旋槽组合式按压旋扭装置及固定架。通过超声波激励装置与双螺旋槽组合式按压旋扭装置组合，在超声波高频振动激励下双螺旋槽组合式按压旋扭装置发生水平方向的扭转，同时竖直方向产生形变，带动车刀在水平面内发生弧形旋转运动的同时，在竖直平面内沿轴向产生一定的上下振动，将单激励形式的超声波激励装置产生的一维超声振动转化为三维曲面型的复合超声振动，进行超声辅助车削加工。通过调节超声波激励装置的振幅与频率、螺旋槽的头数、开槽宽度等要素，实现车刀三维曲面运动的不同轨迹变化，以适应不同的加工条件及要求。

技术领域

本发明属于复合超声振动切削加工技术领域，特别是涉及一种双螺旋槽组合式单激励三维曲面超声辅助车削装置。

背景技术

随着机械行业的飞速发展以及产品升级换代的速度加快，装备制造业的产业升级迫在眉睫，对机械零部件的加工精度和加工效率的要求越来越高。特别是近些年来诸如航空航天、半导体和电子工业等的迅猛发展，晶体硅、光学玻璃、工程玻璃等材料的广泛应用，针对这些硬脆性难加工材料的加工工艺却一直止步不前，这严重影响了这些材料的进一步推广应用。而超声辅助加工由于其在精密加工中表现出的良好的工艺性和在加工难加工硬脆性材料中的优良性能，受到国际学术界和企业界的普遍重视。

超声辅助加工技术具有的其他加工方式无法比拟的优势，主要是由于超声振动切削时通过高频和微小振幅的加工方式，既保证了零件的正常切削加工，又因为其接触时间极短，不会使工件材料出现变形情况。整个切削过程中刀具与工件材料之间发生间断性的接触，通过刀具对工件的机械和超声复合作用来实现刀具与工件之间的周期性分离，从而使传统切削加工发生根本的变化。由于超声振动的引入，改变了普通切削的材料去除机理，主要通过机械切削作用、高频微撞击作用等进行材料去除，可以实现普通切削难以达到的加工效果。基于一维超声辅助加工技术发展而来的二维椭圆超声辅助加工技术是在包含切削方向和切屑流出方向的平面内，将超声椭圆振动附加于道具上进行周期性的断续切削的加工方法，这种方法可以进一步改善切削时的加工性能，提高加工精度，改善加工效率。而三维曲面超声辅助加工技术是在二维椭圆超声辅助加工技术上发展而来的，这种技术除了在切削方向与进给方向上增加超声振动信号外，在切屑流出方向上也增加了超声振动信号，使得切削方向与流屑方向存在一点过的偏角，导致在切削加工过程中的摩擦力大大减小，这样就显著提高了工件的加工精度，降低了工件表面粗糙度，有效减小切削力，增加材料去除率，延长刀具寿命。因此。这种方法正受到业界越来越广泛的关注。

普通车削无法达到要求精度，无法对难加工材料进行切削。现有的同类型多维超声车削方案结构复杂，不便控制，难以满足实用要求。需要发明一种更为合理实用的方案来解决这些问题。

发明内容

为了进一步改善现有二维椭圆超声辅助加工技术的加工性能，提高生产效率，促进超声复合加工技术的发展和推广，本发明提出了一种双螺旋槽组合式单激励三维曲面超声辅助车削装置，该装置通过将一组超声激励装置与双螺旋槽组合式按压旋钮装置用一根螺纹连接杆组合到一起，通过施加超声信号，对双螺旋槽组合式按压旋钮装置产生交变载荷，使车刀在水平面内发生旋转的同时，在竖直平面内沿超声变幅杆方向也产生一定的位移，从而使车刀切削工件时，在单激励超声振动信号的作用下，产生三维曲面的高频振动轨迹，进而改善车削加工的加工质量，提高生产效率。该装置结构简单，易于加工，安装方便，操作难度低，同时由于设计的结构尺寸与车床改装前的刀塔尺寸相差不大，加工省时省力，可以显著提高普通车床加工的工件表面质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：