[发明专利]一种多模态超声振动辅助加工装置及方法

说明书

本发明提供一种多模态超声振动辅助加工装置及方法，加工装置包括刀柄、非接触式电能传输装置、变幅杆和换能器，非接触式电能传输装置套设于刀柄的外周，变幅杆的一端与刀柄的一端连接。通过控制施加给压电陶瓷堆的电信号的相位差，对多列压电陶瓷堆进行同频率不同相位的电信号激励，使之产生不同相位的振动，再通过将这些振动进行不同的组合实现纵振、弯振、纵弯、双弯振动模态。这些模态集成在同一套超声振动辅助加工装置中，可以根据实际工况中工件不同的材料特性和不同的加工形面特征进行相应的调整，避免了同一种加工模态具有局限性，节约了时间成本和经济成本，提高了加工质量和加工效率，延长刀具寿命，提高了装置的适配性和通用性。

技术领域

本发明涉及辅助加工技术领域，尤其涉及一种多模态超声振动辅助加工装置及方法。

背景技术

复合材料具有轻量化、高强度、高刚度、高耐磨性等特性，近年来在学术研究和工业应用层面得到了越来越多的的关注，并在航空航天、核工业和地面运输等众多领域取得了广泛应用，成为强大的替代材料。但由于其具有硬度高、强度大、导热性差、各向异性等特点，在材料成型后的传统机械加工中存在切削力大、切削热影响严重等问题，易导致材料分层、毛刺、崩边等加工缺陷。超声振动辅助加工是通过在加工刀具上施加高频振动，使切削过程产生周期性接触-分离并对加工表面进行不断锤击，从而达到降低切削力、切削热影响，提高材料的去除效率，改善加工表面质量的效果。

复合材料由于其比强度高、比模量高、密度小、良好的耐热性和耐磨性等优点在航空航天等领域得到了广泛的应用。但是复合材料在传统切削加工中容易产生毛刺、撕裂、崩边、分层等加工缺陷，传统加工无法满足复合材料表面质量的需求。普通超声振动加工装置在一定程度上改善了加工质量，现有的一维超声振动加工方法可以显著减小加工抗力和抑制刀具磨损，二维超声振动加工也在提高材料的加工效率和降低加工损伤等方面取得不错的效果。但是一般超声振动加工装置只能实现单一模态振动加工，无法根据材料具体需要进行相应的模态改变。

发明内容

本发明提供一种多模态超声振动辅助加工装置及方法，用以解决现有的超声振动加工装置存在只能实现单一模态振动加工的问题。

本发明提供一种多模态超声振动辅助加工装置，包括：

刀柄，所述刀柄的内部形成有空腔，所述刀柄的一端形成有与所述空腔连通的安装口；

非接触式电能传输装置，所述非接触式电能传输装置套设于所述刀柄的外周；

变幅杆，所述变幅杆的一端与所述刀柄的一端连接；

换能器，所述换能器设置于所述空腔内，所述换能器包括后盖板、压紧螺栓和多列压电陶瓷堆，所述后盖板套设于所述压紧螺栓，所述压紧螺栓与所述变幅杆的一端连接，多列所述压电陶瓷堆间隔布置于所述压紧螺栓的外周，所述压电陶瓷堆通过连接螺栓分别与所述后盖板、所述变幅杆的一端连接。

根据本发明提供的一种多模态超声振动辅助加工装置，所述多模态超声振动辅助加工装置还包括：

加工刀具，所述加工刀具通过固定组件可拆卸地安装于所述变幅杆远离所述刀柄的一端。

根据本发明提供的一种多模态超声振动辅助加工装置，所述变幅杆远离所述刀柄的一端设置有通孔，所述固定组件包括弹性夹头和压紧螺母，所述弹性夹头套设于所述通孔内，所述加工刀具靠近所述变幅杆的一端插入于所述弹性夹头内，所述压紧螺母与所述通孔的外边沿螺纹连接，并与所述弹性夹头抵接。

根据本发明提供的一种多模态超声振动辅助加工装置，所述变幅杆的轴线、所述弹性夹头的轴线、所述压紧螺母的轴线和所述加工刀具的轴线为同一直线。

根据本发明提供的一种多模态超声振动辅助加工装置，所述弹性夹头靠近所述换能器一端的外径小于远离所述换能器一端的外径。