[发明专利]具有二级放大超声换能器的超声振动辅助切削装置及二级放大超声换能器设计方法

说明书

本发明公开具有二级放大超声换能器的超声振动辅助切削装置及二级放大超声换能器设计方法，装置包括拉钉1、止转体2、刀柄壳3、输电系统4、二级放大超声换能器5和超声波发生器6。设计方法主要步骤为：根据预设的圆锥过渡梯形变幅杆(504)圆锥部分的输入端半径Rsubgt;1/subgt;、输出端半径Rsubgt;2/subgt;、刀具头(507)的横截面半径Rsubgt;3/subgt;、压电陶瓷组(503)横截面长度lsubgt;2/subgt;以及由材料属性计算得到的圆波数ksubgt;n/subgt;和声阻抗Zsubgt;n/subgt;，确定二级放大超声换能器的尺寸参数。本发明提供的超声振动辅助加工装置，可以应用于典型难加工材料的铣削加工中，从而提高加工效率、改善加工表面质量、降低切削力和切削热。

技术领域

本发明涉及超声辅助铣削加工技术领域，具体是具有二级放大超声换能器的超声振动辅助切削装置及二级放大超声换能器设计方法。

背景技术

高性能合金(如高温合金、钦合金、高强度钢等)、复合材料、硬脆材料(如光学玻璃、工程陶瓷和功能品体)等先进材料具有优异的性能，在航空、航天、军工、电子和汽车等领域得到越来越广泛的应用。复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能好和结构尺寸稳定性好等优点。

这些结构件和零件不仅对加工精度和加工质扭要求高，而且对加工效率也有很高要求。由于这些复合材料硬脆材料具有硬度高、脆性大和耐磨性好等特点，材料切削加工性差，零件加工要求高，很难用传统机械加工方法和加工工具进行加工。因此，如何实现难加工材料零件的高质高效精密加工已成为当前国内外关注的课题。

传统加工技术方法已经无法满足航空航天等领域中典型难加工材料零件加工的技术需求，因此，现有技术提出了一维纵向超声振动切削装置。

但上述装置存在着观察不方便、刀具装夹不方便和对刀困难等问题，而且一般只能用来加工圆柱面和端面，对自由曲面或者凹槽等不规则面则无法加工。

发明内容

本发明的目的是提供具有二级放大超声换能器的超声振动辅助切削装置，包括拉钉、止转体、刀柄壳、输电系统、二级放大超声换能器和超声波发生器。

所述拉钉与刀柄壳螺纹连接。

所述止转体与输电系统的定子连接，从而将输电系统的定子固定。

所述刀柄壳与输电系统的转子螺栓连接。

所述刀柄壳与二级放大超声换能器螺栓连接。

所述超声波发生器向二级放大超声换能器输出超声信号。

所述止转体包括止转环、若干紧定螺钉和若干止转棒。

所述止转环上开设有若干第一螺纹孔和若干第二螺纹孔。

所述紧定螺钉通过第二螺纹孔将止转环固定于加工中心主轴。

所述止转棒通过第一螺纹孔将止转体与输电系统的定子连接。

所述止转环为圆环，其中，圆环的上表面开设有若干第一螺纹孔，侧壁开设有若干第二螺纹孔。

所述输电系统包括电机和止转片。

所述止转片通过止转体的止转棒固定在电机定子上。

所述二级放大超声换能器包括预紧螺栓、沉头式后盖板、压电陶瓷组、圆锥过渡梯形变幅杆、压帽、卡簧和刀具头。

所述沉头式后盖板、压电陶瓷组和圆锥过渡梯形变幅杆通过预紧螺栓依次连接。

所述预紧螺栓为压电陶瓷组提供预紧力。

所述卡簧位于圆锥过渡梯形变幅杆输出端的凹槽里，并通过压帽将刀具头与圆锥过渡梯形变幅杆连接固定。