可换刀式多级放大二维超声切削装置

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明涉及硬脆材料加工技术领域，具体是指一种可换刀式多级放大二维超声切削装置。背景技术：2.随着制造业的发展，硬脆材料的应用领域越来越广。由于硬脆材料本身硬度高、脆性大，硬脆材料的精密加工一直是一个难题。近年来，超声加工不断发展，为硬脆材料的加工提供了新的解决方法。与普通的切削、铣削、磨削、钻削相比，超声加工可以降低加工过程中的切削力和切削热，提高加工表面的质量，减小刀具磨损，被广泛应用于硬质合金、高强度钢、钛合金等硬脆材料的加工中。在生产制造中，轴类零件的应用广泛，对于轴类零件的精度和表面质量的要求越来越高。超声切削作为加工回转类零件的重要加工方法，具有加工精度高、切削力小、刀具使用寿命长的优点。但是传统的超声切削装置不能进行换刀，只能使用一把刀进行工作；在需要大的振幅时，需要通过调整超声波发生器的输入频率或是选用较大的换能器，这对于超声波发生器和换能器的尺寸都有较大的要求。技术实现要素：3.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种可换刀式多级放大二维超声切削装置，将相互垂直的超声振动复合为二维平面椭圆振动轨迹，将二维椭圆振动轨迹进行多级放大，可根据加工需要更换所需刀具。4.一种可换刀式多级放大二维超声切削装置，包括切削刀具、锥形螺母、刀杆、超声换能器、底座、方头紧定螺钉，所述切削刀具包括刀柄、车刀片，所述超声换能器包括前端盖、压电陶瓷片、电极片、后端盖，切削刀具通过锥形螺母夹紧于刀杆上端，刀杆下端置于底座的正方形槽中，通过方头紧定螺钉夹紧，两组超声换能器固定于刀杆侧面，径向相互垂直，底座下端固定于机床工作台。5.进一步的技术方案中，所述刀柄上端一侧设置有过渡圆弧面，过渡圆弧面的上端设有车刀安装槽，所述车刀片与车刀安装槽通过焊接方式连接，车刀安装槽与车刀片接触面形状相同，车刀焊接安装后上表面与刀柄上端面平齐。6.进一步的技术方案中，所述刀杆分为圆形杆体和正方形杆体。7.进一步的技术方案中，所述圆形杆体上端的圆柱面设置有锥形螺纹，圆形杆体上端面设置有夹紧槽，所述夹紧槽为中心为圆形的十字形槽，所述切削刀具置于夹紧槽内，通过所述锥形螺母夹紧，切削刀具与刀杆的连接面为阶梯型变截面。8.进一步的技术方案中，所述矩形杆上端侧面设置有螺纹孔，所述超声换能器通过螺钉固定于矩形杆上端。9.进一步的技术方案中，所述超声换能器由四组电极片与压电陶瓷片同轴交叉排列，前端盖与后端盖置于电极片与压电陶瓷片排列组合两端，通过螺钉固定于刀杆，前端盖为阶梯型。10.进一步的技术方案中，所述底座为阶梯型，底座分为第一阶梯与第二阶梯，第一阶梯置于第二阶梯下端，第一阶梯上表面设置有四个沉头孔，第二阶梯侧面设置有两个螺纹通孔，方头紧定螺钉与螺纹通孔相配合。11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：12.1.切削刀具和刀杆之间采用的固定是刀杆圆柱面的锥形螺纹和锥形螺母夹紧，安装方便，便于拆卸，可以根据加工需求更换切削刀具。13.2.换能器的前端盖为阶梯型，可将超声换能器超声的超声振动进行一级放大，切削刀具与刀杆的连接面为阶梯型的变截面，可以对超声振动进行二级放大，刀杆下端固定，超声换能器产生的超声振动使刀杆产生转角，超声换能器产生的振动在刀杆顶端进行三级放大。14.3.两组超声换能器产生的振动相互垂直，振动在刀杆将振动进行复合，复合得到的轨迹为二维平面椭圆。可通过调节超声换能器输入的超声电信号的相位差和振幅调节二维平面椭圆的形状。附图说明15.图1是本发明的整体结构示意图；16.图2是本发明切削刀具的结构示意图；17.图3是本发明刀杆的结构示意图；18.图4是本发明超声换能器的结构示意图；19.示意图中的标号说明：20.切削刀具；2、锥形螺母；3、刀杆；4、超声换能器；5、底座；6、方头紧定螺钉；7、刀柄；8、车刀片；9、前端盖；10、压电陶瓷片；11、电极片；12、后端盖。具体实施方式21.下面结合附图对本发明进一步说明具体的实施方法：22.参照图1到图4本发明提供了一种可换刀式多级放大二维超声切削装置。该装置由切削刀具(1)、锥形螺母(2)、刀杆(3)、超声换能器(4)、底座(5)、方头紧定螺钉(6)组成，切削刀具(1)由刀柄(7)、车刀片(8)组成，超声换能器(4)由前端盖(9)、压电陶瓷片(10)、电极片(11)、后端盖(12)组成，其中刀杆(3)上端为圆形杆体，下端为正方形杆体，刀杆(3)上端面设置有夹紧槽，切削刀具(1)置于夹紧槽中，夹紧槽外侧的圆柱面设置有锥形螺纹，锥形螺母(2)与锥形螺纹相配合，两组超声换能器(4)通过螺钉连接于刀杆(3)侧面，两组超声换能器(4)轴线相互垂直，刀杆(3)下端置于底座(5)的正方形槽中，通过方头紧定螺钉螺(6)钉夹紧。23.所述刀杆(3)夹紧槽设置为中心为圆形的十字形槽，圆形直径与刀柄(7)轴径相同。24.所述超声换能器(4)的四组压电陶瓷片(10)与电极片(11)同轴交叉排列组合，前端盖(9)与后端盖(12)置于排列组合两端，通过螺钉连接。25.所述底座(5)为阶梯型，上端正方形槽形状与刀杆(3)下端截面形状相同，正方形槽的侧面开设有两组螺纹通孔，底座下端固定于机床工作台。26.本发明的工作原理是：27.超声换能器(4)的压电陶瓷片(10)在电磁信号的激励下产生纵向振动，经前端盖(9)一级放大后将超声振动传递至刀杆(3)，两组超声换能器(4)产生的振动相互垂直，两组相互垂直的振动在与刀杆(3)的连接平面复合形成二维平面椭圆振动轨迹，两组超声换能器(4)的输入电磁信号的频率相同，通过调整输入电磁信号的振幅和相位差，可以根据实际需要复合出不同的椭圆运动轨迹。28.振动沿刀杆(3)的轴线方向传播至刀杆(3)与切削刀具(1)的夹紧端面，夹紧端面为阶梯型变截面，将超声振动进行二级放大。29.刀杆(3)的下端固定，超声换能器(4)产生的振动传递给刀杆(3)使刀杆(3)产生倾斜振动，切削刀具(1)位于最顶端，倾斜产生的位移最大，将超声振动进行三级放大。30.刀杆(3)圆柱面的锥形螺纹与锥形螺母(2)相配合，通过测力矩扳手施加预紧力，进一步保证了刀杆(3)与切削刀具(1)的紧密贴合。31.超声换能器(4)产生的产生振动经过复合和多级放大，传递给切削刀具(1)，带动切削刀具(1)产生二维平面超声切削轨迹，用以切削工件。技术特征：1.一种可换刀式多级放大二维超声切削装置，其特征在于：所述装置包括切削刀具(1)、锥形螺母(2)、刀杆(3)、超声换能器(4)、底座(5)、方头紧定螺钉(6)，所述切削刀具(1)包括刀柄(7)、车刀片(8)，所述超声换能器(4)包括前端盖(9)、压电陶瓷片(10)、电极片(11)、后端盖(12)，切削刀具(1)通过锥形螺母(2)夹紧于刀杆(3)上端，刀杆(3)下端置于底座(5)的正方形槽中，通过方头紧定螺钉(6)夹紧，两组超声换能器(4)固定于刀杆(3)侧面，径向相互垂直，底座(5)下端固定于机床工作台。2.根据权利要求1所述的可换刀式多级放大二维超声切削装置，其特征在于：所述刀柄(7)上端一侧设置有过渡圆弧面，过渡圆弧面的上端设有车刀安装槽，所述车刀片(8)与车刀安装槽通过焊接方式连接，车刀安装槽与车刀片(8)接触面形状相同，车刀片(8)焊接安装后上表面与刀柄(7)上端面平齐。3.根据权利要求1所述的可换刀式多级放大二维超声切削装置，其特征在于：所述刀杆(3)分为圆形杆体和正方形杆体。4.根据权利要求3所述的可换刀式多级放大二维超声切削装置，其特征在于：所述圆形杆体上端的圆柱面设置有锥形螺纹，圆形杆体上端面设置有夹紧槽，所述夹紧槽为中心为圆形的十字形槽，所述切削刀具(1)置于夹紧槽内，通过所述锥形螺母(2)夹紧，切削刀具(1)与刀杆(3)的连接面为阶梯型变截面。5.根据权利要求3所述的可换刀式多级放大二维超声切削装置，其特征在于：所述矩形杆上端侧面设置有螺纹孔，所述超声换能器(4)通过螺钉固定于矩形杆上端。6.根据权利要求1所述的可换刀式多级放大二维超声切削装置，其特征在于：所述超声换能器(4)由压电陶瓷片(10)与四组电极片(11)同轴交叉排列，前端盖(9)与后端盖(12)置于压电陶瓷片(10)与电极片(11)排列组合两端，通过螺钉固定于刀杆(3)，前端盖(9)为阶梯型。7.根据权利要求1所述的可换刀式多级放大二维超声切削装置，其特征在于：所述底座(5)为阶梯型，底座(5)分为第一阶梯与第二阶梯，第一阶梯置于第二阶梯下端，第一阶梯上表面设置有四个沉头孔，第二阶梯侧面设置有两个螺纹通孔，方头紧定螺钉(6)与螺纹通孔相配合。技术总结本发明公开了一种可换刀式多级放大二维超声切削装置，包括切削刀具、锥形螺母、刀杆、超声换能器、底座、方头紧定螺钉，切削刀具通过锥形螺母夹紧于刀杆上端，刀杆下端置于底座的正方形槽中，通过方头紧定螺钉夹紧，两组超声换能器固定于刀杆侧面，径向相互垂直，底座下端固定于机床工作台，超声换能器产生的相互垂直的超声振动复合为二维平面椭圆振动，将振动进行多级放大用以切削工件。其优点是结构简单，振动的放大系数大，可根据加工需要更换所需刀具。需刀具。技术研发人员：张卫锋 徐国庆 宋丽荣 杨阳受保护的技术使用者：青岛科技大学技术研发日：2022.05.06技术公布日：2022/7/29









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