[发明专利]孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工方法及装置

说明书

本发明公开了一种孔式模态叠加纵‑扭复合超声振动加工方法及装置，其变幅器是阶梯型变幅杆与锥形变幅杆结合而成的圆锥过渡阶梯型复合变幅器，结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，所述变幅器的圆柱过渡段上开设第一系列螺旋孔，所述变幅器的发射端开设第二系列螺旋孔，利用连接螺栓将所述反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅器连接在一起，所述变幅器产生的纵向振动经所述第一系列螺旋孔后，转换为频率相同且有一定相位差的纵‑扭复合振动，该纵‑扭复合振动经所述第二系列螺旋孔后，在刀具的径向实现模态叠加式的纵‑扭复合振动的输出，这不仅可提供稳定、可控的振动，且有效提高超声加工系统的扭转振动分量。

技术领域：

本发明涉及一种超声振动加工设备，特别是涉及一种孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工方法及装置。

背景技术：

随着现代产品中硬脆材料所占比例越来越大，对机械零件加工质量的要求越来越高，纵-扭超声加工技术在硬脆材料加工中展现出切削力大幅度减小；加工精度明显提高；有效抑制毛刺产生等独特优势得到了广泛的关注。但是，现有的纵-扭复合变幅杆存在制作工艺复杂，加工成本高，扭转分量占比低等缺点，阻碍了纵-扭超声加工技术的应用与推广。为此提出一种孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工装置，以较低的成本和加工难度实现较高的扭转分量占比。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、减小占用空间、制造成本低、纵-扭复合振动效果好且有效提高超声加工系统扭转振动分量的孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工方法，包括以下步骤：

a、将变幅器设计为阶梯型变幅杆与锥形变幅杆结合而成的圆锥过渡阶梯型复合变幅器，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求；

b、在变幅器的圆柱过渡段上开设第一系列螺旋孔，同时在变幅器的发射端开设第二系列螺旋孔，在第一系列螺旋孔以及第二系列螺旋孔之间的圆锥过渡面上设置法兰盘；

c、在变幅器开有中心通孔且大端处开设内螺纹孔，利用连接螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅器连接在一起；

d、换能器产生的纵向振动在变幅器中纵向惯性力F，而纵向惯性力F在遇到螺旋孔时，纵向惯性力F将分解成两部分：纵向作用力分量F_L及剪切作用力分量F_T，其中纵向作用力分量F_L沿着变幅杆轴线方向；而剪切作用力分量F_T，在截面上任一点的剪切作用力分量F_T垂直于变幅杆半径的方向，由剪切作用力分量产生的总力矩是所有剪切作用力在整个截面上扭矩的积分，从而实现模态转换，由原本的纵振转换为纵-扭复合振动；

e、变幅器产生的纵向振动经第一系列螺旋孔后，转换为频率相同且有一定相位差的纵-扭复合振动，该纵-扭复合振动经第二系列螺旋孔后，在刀具的径向实现模态叠加式的纵-扭复合振动的输出。

调整螺孔的旋线与直径方向之间的夹角θ，能够改变纵波的入射角度，进而影响反射后纵向作用力分量F_L与剪切作用力分量F_T之间的夹角α，最终改变输出扭转振动分量M。