适用于难加工材料的数控车削用椭圆超声振动切削装置的制作方法

本实用新型属于超声振动加工装置技术领域，具体涉及一种适用于难加工材料的数控车削用椭圆超声振动切削装置。

背景技术：

针对航空航天国防和高端装备制造等领域的难加工材料如镍基高温合金、超高强度钢、TiAl金属间化合物、钛合金、颗粒增强复合材料等抗疲劳制造问题开展研究，目前这些材料的可加工性差，特别是该类材料的精密加工，效率非常低，成本高，并且零件加工硬化严重，加工表面残留显著的残余拉应力，严重影响零件的使役寿命，成为制约该材料在航空航天和汽车发动机领域广泛应用的关键，也成为大推重力比航空发动机研制的关键技术问题之一。传统的加工方法已不能适应该类零件的加工，需要后续表面改性，大量的研究表明多维超声加工可使被加工零件表面获得零残余拉应力和较大的残余压应力，表面可以形成抗疲劳性能良好的纳米晶组织等，为了更好地改善难加工材料的可加工性能，亟需设计一种数控车削多维超声振动切削装置。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种加工性能高、提高了加工效率以及精度的适用于难加工材料的数控车削用椭圆超声振动切削装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：适用于难加工材料的数控车削用椭圆超声振动切削装置，包括刀具固定架和两套结构相同的超声振动系统，刀具固定架上装配有刀具，两套超声振动系统的动力输出端均与刀具固定架固定连接；

其中一套超声振动系统包括变幅杆、套筒、换能器和超声波电源，套筒底部设有端盖，端盖上开设有穿线孔，换能器位于在套筒内，换能器、变幅杆和套筒的中心线均沿垂直方向设置，换能器和变幅杆均与套筒同轴线设置，变幅杆的下端部通过双头螺栓与换能器的上端部连接，变幅杆上设有法兰盘，变幅杆通过法兰盘与套筒的上端固定连接，变幅杆的上端高于套筒的上端，变幅杆的上端与超声波电源通过穿设在穿线孔内的电源线与换能器连接；

另一套超声振动系统的换能器、变幅杆和套筒的中心线均沿前后方向水平设置，变幅杆位于换能器前侧；

中心线沿垂直方向设置的套筒通过连接机构与固定在数控车床刀架上，中心线沿垂直方向设置的套筒与中心线沿水平方向设置的套筒的外壁之间通过斜撑板连接。

连接机构包括一个活动连接架和两个T形架，两根T形架上下并排设置在活动连接架的左侧；T形架的竖向截面为T形，每个T形架包括垂直设置的第一连接板和水平设置的第二连接板，第一连接板固定在套筒右侧外壁，第二连接板的左端与第一连接板固定连接，第一连接板的右端部沿垂直方向并排开设有两个第一螺纹孔；活动连接架包括一体成型的槽钢和固定板，槽钢垂直设置且开口朝左，槽钢上沿前后水平方向并排开设有两个第二螺纹孔，固定板的左端与槽钢固定连接，固定板的右端可拆卸连接在数控车床刀架上，第二连接板的右端部伸入到槽钢内，第一螺纹孔内均螺纹连接有第一螺栓，第二螺纹孔内均螺纹连接有第二螺栓，第二螺栓位于两个第一螺栓之间。

采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：本装置为二维超声辅助车削加工，本装置在对难加工切削材料进行加工时，对加工工件在切向和轴向方向上施加超声激烈信号时，刀具固定架处会产生椭圆运动，从而使刀具在切向和轴向方向的切削力降低，从而提高工件的加工精度，在适合的切削参数下，可以有效地提高工件的去除率，提高加工效率和刀具寿命，用超声辅助车削对加工难切削材料进行加工时，在适当的切削速度和一定的刀具振动频率和振幅条件下，刀具和切屑及加工材料成周期性分离，导致了切削力的减小，切削温度的降低和较薄切屑的形成，另外在垂直设置的超声振动系统的套筒与水平设置的超声振动系统的套筒之间固定设有斜撑板，斜撑板用于提升整体系统的刚性强度，使其结构牢固；中心线沿垂直方向设置的套筒通过连接机构与固定在数控车床刀架上，通过连接机构这种方式连接，便于拆卸；超声辅助切削技术不仅可以使零件的光洁度、圆度的大幅度改善、精度大大提高，且可使刀具的寿命延长。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是活动连接架的结构示意图；

图3是图2的左向视图；

图4是图2的俯视图；

图5是T形架的结构示意图；

图6是图1中A-A处的剖视图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-6所示，本实用新型的适用于难加工材料的数控车削用椭圆超声振动切削装置，包括刀具固定架1和两套结构相同的超声振动系统2，刀具固定架1上装配有刀具3，两套超声振动系统2的动力输出端均与刀具固定架1固定连接；

其中一套超声振动系统2包括变幅杆5、套筒6、换能器7和超声波电源，超声波电源为本领域现有技术，图中未示出，套筒6底部设有端盖8，端盖8上开设有穿线孔9，换能器7位于在套筒6内，换能器7、变幅杆5和套筒6的中心线均沿垂直方向设置，换能器7和变幅杆5均与套筒6同轴线设置，变幅杆5的下端部通过双头螺栓10与换能器7的上端部连接，变幅杆5上设有法兰盘11，变幅杆5通过法兰盘11与套筒6的上端固定连接，变幅杆5的上端高于套筒6的上端，变幅杆5的上端与超声波电源通过穿设在穿线孔9内的电源线与换能器7连接；

另一套超声振动系统2的换能器7、变幅杆5和套筒6的中心线均沿前后方向水平设置，变幅杆5位于换能器7的前侧；

中心线沿垂直方向设置的套筒6通过连接机构与固定在数控车床刀架4上，中心线沿垂直方向设置的套筒6与中心线沿水平方向设置的套筒6的外壁之间通过斜撑板22连接。

连接机构包括一个活动连接架12和两个T形架13，两根T形架13上下并排设置在活动连接架12的左侧；T形架13的竖向截面为T形，每个T形架13包括垂直设置的第一连接板14和水平设置的第二连接板15，第一连接板14固定在套筒6右侧外壁，第二连接板15的左端与第一连接板14固定连接，第一连接板14的右端部沿垂直方向并排开设有两个第一螺纹孔16；活动连接架12包括一体成型的槽钢17和固定板18，槽钢17垂直设置且开口朝左，槽钢17上沿前后水平方向并排开设有两个第二螺纹孔19，固定板18的左端与槽钢17固定连接，固定板18的右端可拆卸连接在数控车床刀架4上，第二连接板15的右端部伸入到槽钢17内，第一螺纹孔16内均螺纹连接有第一螺栓21，第二螺纹孔19内均螺纹连接有第二螺栓20，第二螺栓20位于两个第一螺栓21之间。

图1中涉及到的附图标记30为数控车床上的卡盘，31为装夹在卡盘30上的工件，32为数控车床上的尾座，尾座32上的顶尖33顶紧工件31的一端中心。

在进行难加工材料超声振动车削时，超声波电源为两相互垂直的超声振动系统提供激励信号，首先将超声波电源将220V，50Hz的交流电转换成超声波正弦波振动信号，然后经穿设在穿线孔9内的电源线传递给换能器7，换能器7将振动信号转换为超声波机械振动并传递给变幅杆5，变幅杆5将换能器7的纵向振动进行放大到合理的参数，两根相互垂直的超声振动系统2在交汇处产生两个相互垂直的纵向振动，在刀具固定架1处形成椭圆振动轨迹，经过刀具固定架1传动给刀具3，在数控车床上安装好工件后，通过数控车床设定好的切削参数后，就可以实现难加工材料的超声振动车削加工。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。