[发明专利]一种单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于普通车床、普通铣床、普通镗床、及其相应数控机床、加工中心等设备，对零件内、外表面进行强化光整的超声振动挤压装置，尤其是涉及只需要一路超声电源提供电能信号的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置。

背景技术

挤压加工是一项常用的表面强化及光整的工艺方法，其大多用于回转零件的内外表面加工，常作为最后一道机械加工工序应用于零件表面强化、应力状态及表面质量有较高要求的场合。普通挤压工艺挤压力大，摩擦严重，挤压表面质量低，超声单向挤压工艺具有单纯冲击作用，在每个振动周期内都会是挤压头受到一次冲击，这种动作过程能够减小摩擦，但是冲击磨损会严重降低挤压头寿命。

为了克服普通挤压工艺方法和单向超声振动挤压工艺方法的不足，公开号为CN101942547B的发明专利文献公开了一种超声椭圆振动挤压装置及用其进行零件表面光整的振动挤压加工方法，该装置采用一个变幅杆、四个结构相同的激励源和一个挤压工具，挤压工具安装在变幅杆的输出段上，四个激励源分别安装在变幅杆的激励段的四个凹槽内。其通过两路超声电信号对四个激励源分为两组施加具有一定相位差的激励，实现变幅杆激励段的双弯曲超声椭圆振动，进而实现挤压头的超声椭圆振动，该装置和方法能够有效有效降低挤压力，提高工件表面粗糙度，延长挤压头的使用寿命。但是该装置需要采用两组压电陶瓷片来激发产生具有一定相位差的两个振动模态，还必须为每组压电陶瓷片配备一路超声驱动电源信号，且需要控制各路超声驱动电源信号之间的相位差，超声振动系统和控制系统结构复杂，制造难度大、控制难度高、生产成本高、不易实现微型化、工作性能不够稳定，这些问题制约了超声椭圆振动换能器在工业生产中的应用与推广。

发明内容

本发明提供了一种新型的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，目的是为了克服现有超声椭圆振动挤压装置中存在的不足、提高挤压加工效率、降低超声椭圆振动挤压装置的复杂程度和减小超声椭圆振动挤压装置的生产成本。

一种单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，包括支撑板、外套、直线轴承、预压力装置、壳体单元、置于壳体单元内的超声振动换能器、椭圆振动模态转换器和设置在椭圆振动模态转换器前端的挤压头；所述的壳体单元包括前挡板、内套筒和后挡板，所述的支撑板通过焊接或者螺钉联接设置在外套上，用于和机床刀架联接；所述的直线轴承为滑动直线轴承或滚动直线轴承，所述的直线轴承支撑在壳体单元和外套之间；所述的预压力装置设置在外套内壳体单元的后端，用于提供挤压头和工件之间的预压力。

所述的超声振动换能器外轮廓为圆柱形，其包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板上设置有与壳体单元联接用的法兰盘，后盖板和前盖板通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板联接压紧，构成了超声振动换能器的能量转换部分，可将超声电源输出的超声电信号转换为超声振动换能器的纵向超声振动。

所述的椭圆振动模态转换器与前盖板制作成一个整体设置在前盖板的前端，或者将椭圆振动模态转换器焊接设置在前盖板的前端，或者将椭圆振动模态转换器通过螺钉联接设置在前盖板的前端，所述的椭圆振动模态转换器整体为圆柱形，上下两侧开设有三个错位分布的矩形缺口；在椭圆振动模态转换器与超声换能器前盖板的联接处设有过渡圆弧。

椭圆振动模态转换器设置在超声振动换能器前端后构成的组合件称为单电信号激励超声椭圆振动换能器，在椭圆振动模态转换器上下两侧开设矩形缺口的目的是为了改变单电信号激励超声椭圆振动换能器的振动模态，使其纵向振动模态频率和弯曲振动模态频率接近或相等。

挤压头通过焊接或联接螺钉联接设置在椭圆振动模态转换器的前端；当超声振动能量从超声振动换能器传递到椭圆振动模态转换器末端后，转换为具有一定相位差的纵向振动和弯曲振动复合的纵弯复合超声椭圆振动，即转换为椭圆振动模态转换器末端的纵弯复合超声椭圆振动；并驱动挤压头和椭圆振动模态转换器末端一起做超声椭圆振动。