[发明专利]一种通用型频率匹配式纵-扭复合超声振动铣、钻削装置

说明书

一种通用型频率匹配式纵‑扭复合超声振动铣、钻削装置，包括机床主轴、主轴外壳、超声波电源、超声无线电能传输系统、安装筒、套筒、纵向超声振动换能器、空心螺旋沟槽式变幅杆、弹性夹头、压紧螺母和刀具；本发明通过调整橡胶塞和密封圈的位置来改变圆柱槽内流体体积，或者更换流体的种类等，以改变纵‑扭复合超声振子的质量，以补偿夹装不同刀具杆时的频率的损失或者增加，从而实现夹装不同刀具杆时，超声装置的谐振频率、振动模态及振形的一致性，大大提高了装置的通用性。且纵向振动和扭转振动效果均有一定的增强，大大提高了工作效率，更好的发挥纵扭复合振动的优势。

技术领域

本发明属于精密、超精密精加工技术领域，尤其涉及一种通用型频率匹配式纵-扭复合超声振动铣、钻削装置。

背景技术

与普通加工相比，超声振动加工具有降低切削力、减少刀具磨损、提高工件表面加工精度和提高加工效率等优点。传统的超声加工多是单一振动模式，然而随着超声加工技术的发展及设备的不断改进，纵-扭、纵-弯以及扭-弯等复合振动模式也得到了广泛的关注。研究表明，超声纵-扭复合振动模式下的铣削可进一步减小切削的过程中的切削力，提高加工的效率与精度，增加振动系统的刚度与刀具的耐磨性。

当前，实现纵扭复合超声振动主要有两种方法，一是将压电陶瓷沿切向极化，但技术上很难实现，通常的方法是先将压电陶瓷片切分成若干扇形片，之后分别将各个扇形压电陶瓷片切向极化，再将各个扇形压电陶瓷片粘结起来，此种方法工艺复杂，废品率很高，还容易出现陶瓷片极化不完全、电击穿等问题，很难制造出理想的换能器；二是对变幅杆的结构进行特殊化设计，如斜槽式等，但实际应用中发现，但该方法扭振分量小，未能充分利用纵扭复合超声振动的优势，加工效率较低，使加工效果受到限制。

目前，由于加工条件和谐振频率的限制，纵-扭复合超声铣、钻削装置的通用性较差，对夹装的工具杆（铣刀、钻头等）的限制较为苛刻。夹装不同材料、直径的工具杆以及工具杆的伸出长度都会影响超声装置的谐振频率，超声振子在其他模态振动，超声振动的振形发生变化，对工件的加工造成较大的影响，所以一套纵-扭复合超声铣、钻削装置往往只局限于几种甚至是一种工具材料、直径，通用性较差。但实际加工中，需多种切削工具杆配合使用，故需多个纵-扭复合超声铣、钻削装置，极大的增加了加工成本，降低了加工效率。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种通用型频率匹配式纵-扭复合超声振动铣、钻削装置，该装置通过对带工具杆超声振子的质量的改变，对不同材料、直径的铣刀和钻头进行适量的频率补偿，使装置在要求频率下工作，装置的通用性大大地提高；该装置采用螺旋沟槽式超声振子，增大了纵向分量和扭转分量、效率高，工作稳定。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种通用型频率匹配式纵-扭复合超声振动铣、钻削装置，包括机床主轴、主轴外壳、超声波电源、超声无线电能传输系统、安装筒、套筒、纵向超声振动换能器、空心螺旋沟槽式变幅杆、弹性夹头、压紧螺母和刀具；

机床主轴的动力输出端垂直向下设置，机床主轴、安装筒、套筒、空心螺旋沟槽式变幅杆和和刀具具有同一条回转中心线，机床主轴下端与安装筒上端同轴向传动连接，安装筒下部伸出主轴外壳，套筒上部套在主轴外壳下部，套筒上部外侧通过抱箍与主轴外壳下部紧固连接，超声无线电能传输系统可拆卸连接在套筒下端和安装筒上部外侧之间，纵向超声振动换能器设置在安装筒内，空心螺旋沟槽式变幅杆上端通过双头螺栓与纵向超声振动换能器下端同轴向固定连接，空心螺旋沟槽式变幅杆上设有安装盘，安装盘通过安装螺栓固定连接在安装筒的下端面，刀具上端通用弹性夹头安装在空心螺旋沟槽式变幅杆下端部，压紧螺母套在刀具的刀杆外并与空心螺旋沟槽式变幅杆下端外部螺纹紧固连接；

超声波电源通过电源线与超声无线电能传输系统连接。