縱扭共振超聲振動裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲加工以及精密切削領域，尤其涉及超聲振動銑削、鉆削、磨削等旋轉超聲加工裝置。
【背景技術】
[0002]近幾年來，許多硬脆材料如硅基材料、陶瓷材料、復合材料、一些高強度金屬以及一些弱剛度結構、深小孔結構等在機械領域使用越來越多，使用傳統(tǒng)的加工非常困難、加工成本非常高或者無法加工，而超聲振動加工能減小切削力和切削溫度、減小刀具磨損以及加工零件或者刀具剛性強化使得其在這類材料以及結構的加工中應用非常廣泛。目前的超聲加工研究主要應用的是彎曲振動、縱向振動形式，但是這兩種振動形式主要應用于車削、鉆削等加工過程中，例如橢圓超聲振動車削、超聲振動鉆削等等，而在銑削等以旋轉方式進行去除材料的加工方式并不適合應用彎曲振動、縱向振動等超聲振動。應用于銑削加工的扭轉振動裝置有通過在實心的前蓋板上或者變幅桿上增加螺旋槽結構，但是均因結構扭轉振動時材料內(nèi)部摩擦損耗大部分能量而造成扭轉幅值較小，能量利用效率較低等缺陷，由于前后扭轉振動幅值不一致導致結構扭振振動節(jié)面與縱向振動節(jié)面不一致，對于裝置應用時的如機床主軸等其它結構造成一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有應用于銑削加工的扭轉振動裝置扭轉振動時材料內(nèi)部摩擦損耗大部分能量而造成扭轉幅值較小，能量利用效率較低的問題，進而提供一種縱扭共振超聲振動裝置。
[0004]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術方案是:縱扭共振超聲振動裝置，它包括階梯式中空筒錐復合體、縱扭轉換空心圓柱體、預緊螺栓、偶數(shù)個壓電陶瓷片和多個電極片；階梯式中空筒錐復合體主要由同軸依次設置且制成一體的軸向定位軸、圓柱形縱扭轉換體、錐形扭轉振動放大體和圓柱形縱向振動放大體組成；
[0005]錐形扭轉振動放大體的大直徑端與圓柱形縱扭轉換體連接，錐形扭轉振動放大體的小直徑端與圓柱形縱向振動放大體連接;縱扭轉換空心圓柱體的一端插裝在軸向定位軸上；
[0006]軸向定位軸上套裝有疊放設置的偶數(shù)個壓電陶瓷片，相鄰兩個壓電陶瓷片之間的軸向定位軸上套裝有一個電極片;縱扭轉換空心圓柱體與相鄰的壓電陶瓷片之間的軸向定位軸上套裝有一個電極片，圓柱形縱扭轉換體與相鄰的壓電陶瓷片之間的軸向定位軸上套裝有一個電極片；
[0007]縱扭轉換空心圓柱體的周側面上開設有旋向相同的多條第二螺旋槽，圓柱形縱扭轉換體的周側面上開設有旋向相同的多條第一螺旋槽，第一螺旋槽和第二螺旋槽的數(shù)量和尺寸相同而旋向相反，預緊螺栓旋擰在階梯式中空筒錐復合體和縱扭轉換空心圓柱體的貫通的中心螺紋通孔內(nèi)，預緊螺栓將階梯式中空筒錐復合體、縱扭轉換空心圓柱體、偶數(shù)個壓電陶瓷片和多個電極片連接在一起。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的縱扭共振超聲振動裝置在單一軸向激勵下，結構上能產(chǎn)生縱向振動和扭轉振動兩種振動形式的復合振動，供電形式簡單;激振源振動形式簡單，產(chǎn)生方式容易；并且由于扭轉振動所受結構內(nèi)部阻力小，能量利用更加充分，使得扭轉振動幅值較大，能量利用效率提高。
[0009]本發(fā)明整個裝置采用中空結構，有利于扭轉振動幅值的放大，扭轉振動節(jié)面與縱向振動節(jié)面重合，階梯式中空筒錐復合體和縱扭轉換空心圓柱體扭轉動量相平衡。
[0010]扭轉振幅比現(xiàn)有技術有大幅增大，相比申請?zhí)枮?01410157974.0的一種縱扭復合超聲振動加工裝置，在尺寸參數(shù)大致相似的情況下，扭轉振動幅值能提高3-6倍以上;相比申請?zhí)枮?01410240342.0的一種縱扭復合超聲振動切削裝置和申請?zhí)枮?201420691917.6的縱扭復合振動超聲加工換能器，在尺寸參數(shù)大致相似的情況下，扭轉振動幅值能提高2-3倍以上。
[0011]本發(fā)明的縱扭共振超聲振動裝置可以直接安裝在機床主軸上通過集流環(huán)供電后即可作為機床主軸的一部分，使用簡易方便，互換性較好。
[0012]本發(fā)明的縱扭共振超聲振動裝置具有通用刀具安裝結構，可以實現(xiàn)快速換刀，因而在實際應用中非常簡便易行。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明縱扭共振超聲振動裝置的立體圖，圖2是本發(fā)明縱扭共振超聲振動裝置的半剖圖，圖3是本發(fā)明縱扭共振超聲振動裝置的階梯式中空筒錐復合體和主軸安裝板連接結構立體圖，圖4是本發(fā)明縱扭共振超聲振動裝置的縱扭轉換空心圓柱體立體圖。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一:結合圖1-圖4說明，本實施方式的縱扭共振超聲振動裝置，它包括階梯式中空筒錐復合體、縱扭轉換空心圓柱體2、預緊螺栓1、偶數(shù)個壓電陶瓷片9和多個電極片10;階梯式中空筒錐復合體主要由同軸依次設置且制成一體的軸向定位軸14、圓柱形縱扭轉換體5、錐形扭轉振動放大體12和圓柱形縱向振動放大體6組成；
[0015]錐形扭轉振動放大體12的大直徑端與圓柱形縱扭轉換體5連接，錐形扭轉振動放大體12的小直徑端與圓柱形縱向振動放大體6連接;縱扭轉換空心圓柱體2的一端插裝在軸向定位軸14上；
[0016]軸向定位軸14上套裝有疊放設置的偶數(shù)個壓電陶瓷片9，相鄰兩個壓電陶瓷片9之間的軸向定位軸14上套裝有一個電極片10;縱扭轉換空心圓柱體2與相鄰的壓電陶瓷片9之間的軸向定位軸14上套裝有一個電極片10，圓柱形縱扭轉換體5與相鄰的壓電陶瓷片9之間的軸向定位軸14上套裝有一個電極片10;
[0017]縱扭轉換空心圓柱體2的周側面上開設有旋向相同的多條第二螺旋槽2-1，圓柱形縱扭轉換體5的周側面上開設有旋向相同的多條第一螺旋槽5-1，第一螺旋槽5-1和第二螺旋槽2-1的數(shù)量和尺寸相同而旋向相反，預緊螺栓I旋擰在階梯式中空筒錐復合體和縱扭轉換空心圓柱體2的貫通的中心螺紋通孔16內(nèi)，預緊螺栓I將階梯式中空筒錐復合體、縱扭轉換空心圓柱體2、偶數(shù)個壓電陶瓷片9和多個電極片10連接在一起。
[0018]本實施方式裝置的階梯式中空筒錐復合體和縱扭轉換空心圓柱體2采用空心結構有利于提高結構對扭轉振動的放大倍數(shù)，也用于減小結構扭轉振動過程中結構材料內(nèi)部摩擦造成的能量損失。螺旋槽結構能實現(xiàn)縱振轉化成扭轉振動，第一螺旋槽5-1與第二螺旋槽
2-1旋向相反，有利于使得縱扭轉換空心圓柱體上產(chǎn)生與階梯式中空筒錐復合體方向相反的扭轉振動，從而可以以較低的能量激振起裝置的扭轉振動?？v扭轉換空心圓柱體和圓柱形縱扭轉換體的反向設置使縱扭轉換結構減小扭轉振動的阻力，使得該裝置在相同振動能量時實現(xiàn)高效率扭轉振動。第一螺旋槽5-1和第二螺旋槽2-1可為通孔狀螺旋槽，第一螺旋槽5-1和第二螺旋槽2-1的長度、螺距、寬度等參數(shù)相同，可以通過控制第一螺旋槽5-1和第二螺旋槽2-1的長度、螺距、寬度等參數(shù)改變縱扭轉換的效率。貫通的中心螺紋通孔16結構是指軸向定位軸14、圓柱形縱扭轉換體5、錐形扭轉振動放大體12、圓柱形縱向振動放大體6以及縱扭轉換空心圓柱體共同開設的中心螺紋通孔，以安裝預緊螺栓1，可以通過控制中心螺紋通孔16的直徑來改變結構的頻率以及扭轉振動放大倍數(shù)。預緊螺栓階梯式中空筒錐復合體、縱扭轉換空心圓柱體2、偶數(shù)個壓電陶瓷片9和多個電極片10連接在一起，并給壓電陶瓷片提供壓應力使壓電陶瓷處于被壓縮狀態(tài)，從而抑制住壓電陶瓷因受與極化方向相同的電場時產(chǎn)生拉力而造成的材料破壞。所述軸向定位軸用于對壓電陶瓷片和縱扭轉換空心圓柱體進行軸心定位，并保證縱向振動激勵方向始終與裝置軸心線重合。圓柱形縱向振動放大體6結構為