[发明专利]一种基于导波线的二维超声振动加工装置

说明书

本发明公开了一种基于导波线的二维超声振动加工装置，包括至少两个超声波换能器、一个工具头、一个工具杆和至少两组具有一定柔性的导波线，每组柔性导波线分别连接在对应的一个超声波换能器和工具杆的一个对应位置之间，以将该对应的一个超声波换能器的预置激励所产生的纵向振动输出传输到该工具杆的一个对应位置处，形成各个超声波换能器的预置激励在工具杆上的叠加，并利用导波线的柔性特征，消除各个超声波换能器的纵向振动输出或弯曲振动输出在工具杆上的相互影响。本发明可以有效消除双激励超声波二维超声振动由于刚性连接所造成的弊端，使工具头振动输出轨迹控制更加精确、方便，并具有结构简单，体积小，安装非常方便的特点。

技术领域

本发明涉及超声振动加工技术领域，特别是涉及一种基于导波线的二维超声振动加工装置。

背景技术

超声振动加工装置是一种是利用超声频作小振幅振动的工具。从上世纪七十年代起，一些学者就把超声振动引入到精密切削加工中。采用单一振动辅助切削可提高表面精度和质量、降低切削温度和切削力、提高工艺系统刚度、增加刀具寿命等。但是，采用单一振动辅助加工存在控制振动方向与切削方向最佳参数困难的问题，单一方向超声振动限制了许多切削加工方法和加工范围。到了上世纪末，国外学者又提出了二维超声加工的概念，刀具振动轨迹由两个方向的振动合成，形成椭圆振动轨迹。椭圆振动切削继承了传统振动切削的优势，并且尽可能的避免了后刀面与已加工表面的摩擦，进一步提高了工件表面质量和刀具使用寿命。所以，研究椭圆振动切削对精密制造加工行业的发展具有重要意义。对于二维超声切削加工，二维振动的实现是关键，目前国内外采用的方法主要有单激励超声波二维超声振动和双激励超声波二维超声振动：单激励超声波二维超声振动，超声波换能器与工具杆呈刚性连接，利用工具杆特殊结构实现刀具的二维振动输出。但是这种单激励超声波二维超声振动方法输出振动轨迹固定无法改变，设计上也难以得到所需的目标振动轨迹，加工适应性较差(肖华,李勋,张德远等.天然金刚石刀具单激励超声椭圆振动车削[J].航空制造技术,2007,(9):81-84.)；双激励超声波二维超声振动是由两组换能器与工具杆刚性连接对工具杆进行两组振动激励，利用两组振动的相位或方向差形成二维振动输出。但是这种双激励超声波二维超声振动由于刚性连接致使两组振动相互干扰，设计存在理论上的缺陷，如固定的激振频率导致系统零带宽，两个空间模态共振频率难以同步，节点固定和工具杆形状设计困难等问题(张晨峰,椭圆振动超精密微细切削系统设计及机理研究[D].哈尔滨工业大学,2012.07；Moriwaki T,Shamoto E.Ultrasonic EllipticalVibration Cutting[J].Annals of CIRP,1995,44(1)：31-34.)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于导波线的二维超声振动加工装置，通过采用具有一定柔性的导波线连接在超声波换能器与工具杆之间，可以有效消除双激励超声波二维超声振动由于刚性连接所造成的弊端，使工具头振动输出轨迹控制更加精确、方便，并具有结构简单，体积小，安装非常方便的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于导波线的二维超声振动加工装置，包括：至少两个超声波换能器、一个工具头和一个工具杆；工具杆的其中一端面连接所述工具头；该加工装置还包括至少两组具有一定柔性的导波线，其中，至少一组柔性导波线连接在工具杆的对应于工具头的另一端面处和对应的其中一个超声波换能器之间，至少另一组柔性导波线连接在工具杆的两端面之间的外表面处和对应的其中另一个超声波换能器之间，从而将各个超声波换能器的预置激励通过所述柔性导波线以纵向振动输出的方式传输到工具杆的对应位置处，形成各个超声波换能器的预置激励在工具杆上的叠加，并利用导波线的柔性特征，消除各个超声波换能器的振动输出在工具杆上的相互影响。

所述超声波换能器设为纵向振动输出，所述超声波换能器的振动输出端与柔性导波线的轴线呈同轴相连接。

所述超声波换能器设为弯曲振动输出，所述超声波换能器的振动输出端与柔性导波线的轴线呈垂直相连接。