[实用新型]细长轴类零件的超声波振动车削系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种加工设备，具体涉及一种细长轴类零件的车削系统。

背景技术

细长轴类零件在生产生活中广泛应用于机械、纺织、电力、船舶、航空航天领域。该类零件刚性差，加工热变形大，普通车削时会造成工件产生锥度、跳动、椭圆、竹节形、腰鼓肚等形位缺陷。如何控制其加工误差并提高加工精度已成为实际加工过程中的难题。

超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程完成的。按超声波辐射大小不同，超声技术的使用可分为两大方面：一是利用它的能量来改变材料的某些状态，称为功率超声；第二类是利用它来采集信息，称为检测超声。功率超声是超声学中一个重要的研究方向，随着科学技术的发展，其应用遍及航空、航海、国防、生物工程以及电子等领域。

功率超声技术在振动切削方面的应用十分广泛，超声振动切削除能对普通材料进行加工外，还能对高硬、软、薄、脆等性能材料进行加工。超声辅助振动切削是超声加工技术的重要组成部分，有着比普通切削优异的加工性能，它是通过在常规的切削刀具上施加高频振动，使刀具和工件发生间断性的接触，从而使传统切削模式发生了根本性的变化。它解决了传统切削加工中的某些固有难题，如切削中的振动和切削热变形等，从而得到了良好的切削效果。

细长轴超声波振动车削是通过在车刀上施加某种有规律的、可控的振动，使车削速度、车削深度发生周期性改变，从而获得特殊车削效果的方法。振动车削改变了刀具和被加工材料之间的空间——时间存在条件，从而改变了车削机理，达到减小车削力、车削热，提高加工质量和效率的目的。振动车削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动，低频振动仅仅从量上改变切屑的形成条件，主要用来解决断屑以及与此相关的一系列问题。而超声振动即高频振动车削已经使切屑形成机理产生重大变化，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具寿命和工件加工质量。超声加工的工艺效果来自刀具和工件之间的分离运动，即它是一种脉冲式的断续切削过程。

由于刀具的脉冲切削作用，减少了切削变形区的摩擦和塑性变形，使切削力和切削温度大大减小，起到了改善零件加工表面质量与加工精度，延长刀具寿命，提高切削效率的作用，并扩大了切削加工的应用范围，可广泛用于车、铣、刨、磨、螺纹加工及齿轮加工等方面。

经对现有技术的文献检索发现，Chandra Nath等在《Journal of MaterialsProcessing Technology》(《材料加工技术》)2007年上发表的《A study onultrasonic vibration cutting of low alloy steel》(《低合金钢的超声振动加工研究》)，该文中提出的超声波振动切削装置系统，其不足在于：装置复杂，不可以在普通车床上实现切削，需要改装车床。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种细长轴类零件的超声波振动车削系统，它可以在普通车床上实现安装、进给和切削，提高了细长轴类零件的加工质量并能延长刀具的寿命。

实现上述目的的技术方案是：一种细长轴类零件的超声波振动车削系统，包括普通的车床、超声波发生器、超声波换能器、调幅器、刀具及刀具夹持件，其中，

所述超声波发生器通过导线与所述的超声波换能器电连接，所述超声波换能器、调幅器和刀具依次通过螺栓连接在一起，所述刀具包括刀杆和安装在刀杆头部的刀片，所述刀杆通过所述的刀具夹持件固定在所述车床上；

所述的超声波发生器以每秒钟20kHz的频率输送至所述超声波换能器，所述超声波换能器将超声波信号转换为机械物理振动后通过所述调幅器将其放大或缩小，并依次加载到所述的刀杆和刀片产生振幅为13μm的超声频振动。

上述的细长轴类零件的超声波振动车削系统，其中，所述的超声波发生器为压电式换能器，其工作频率为20kHz，输出功率为2200w，并与所述的超声波换能器谐振匹配。

上述的细长轴类零件的超声波振动车削系统，其中，所述的调幅器采用圆锥型及阶梯型的复合外形，材料采用铝合金7050。

上述的细长轴类零件的超声波振动车削系统，其中，所述的刀杆材料选用45号调质钢，它的长度取超声波在刀杆材料中传播的一个波长，即λ＝c/f，所述刀杆的宽和高相等并为20～25mm。

上述的细长轴类零件的超声波振动车削系统，其中，所述的刀片选用数控刀片，它通过螺钉固定于所述刀杆的头部，其车削角度可调整。

本实用新型的细长轴类零件的超声波振动车削系统的技术方案，它可以在普通车床上实现安装并具有以下有益效果：