[发明专利]新型弯-扭复合振动超声切削方法及装置

权利要求书

1.一种新型弯-扭复合振动超声切削方法，包括以下步骤：

a、将变幅器设计为一个小端和两个大端，其中，第一大端和第二大端沿变幅器径向分布且互相垂直，在第一、第二大端上分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极；

b、将所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具，两组陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，经变幅器特殊结构将第一大端和第二大端处两组振动复合，其中水平方向大小相等方向相反的振动相互抵消，竖直方向的振动叠加，在输出端得到弯曲振动；

c、变幅器前端锥体表面开有螺旋槽或斜槽，当振动沿变幅器主体的水平方向传播时，靠近中心的部分振动模态不变，沿表面传播的部分在遇到螺旋槽或斜槽时，振动产生的惯性力F被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，纵向力保持振动模态不变，而剪切作用力将驱使变幅器产生扭转振动；

d、设置一个框架，在框架上设置两个侧板，在每个侧板上分别设置一个肋板，将两个大端分别固定在两个肋板上；

e、根据加工要求不同，分别控制两组输入压电陶瓷片的激励信号，从而控制以扭振或者弯-扭复合振动状态工作。

2.根据权利要求1所述的新型弯-扭复合振动超声切削方法，其特征是：第一大端和第二大端的参数包括高度、直径和倾角，通过调整上述参数可以控制弯曲振幅；螺旋槽或斜槽的参数包括槽宽、槽深、螺旋角、旋向和线数，通过调整以上参数可以控制扭转振幅。

3.根据权利要求1所述的新型弯-扭复合振动超声切削方法，其特征是：变幅器的前端结构是锥形、柱形或悬链线形；车刀固定在发射端根据加工需要可以修改刀具接口替换为镗刀，进行超声镗孔。

4.根据权利要求1所述的新型弯-扭复合振动超声切削方法，其特征是：在每个大端上均设置一个法兰盘，并且，每一法兰盘的中心设置一个螺纹孔，两个法兰盘分别与固结在侧板上的肋板通过螺栓连接，侧板又通过螺栓与框架连接，顶部留有穿线孔方便与电源连接。

5.一种新型弯-扭复合振动超声切削装置，包括反射端、压电陶瓷片、铜电极和变幅器，其特征是：所述变幅器设置一个小端和两个大端，其中，第一大端和第二大端沿变幅器径向分布且互相垂直，所述两个大端上分别设置一组反射端、压电陶瓷片和铜电极；所述小端作为发射端，并且在其外端部中心设置刀具，两组陶瓷片分别在超声波发生器高频电信号的激励下产生互相垂直的纵向振动，经变幅器特殊结构将第二大端和第三大端处两组振动复合，其中水平方向大小相等方向相反的振动相互抵消，竖直方向的振动叠加，得到弯曲振动；变幅器前端锥体表面开有螺旋槽或斜槽，沿表面传播的部分在遇到螺旋槽或斜槽时产生纵向惯性力F，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沿着变幅器轴线方向；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垂直于变幅器半径的方向，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，在输出端得到弯-扭复合振动；两个大端分别固定在肋板上，所述肋板设置在框架上。

6.根据权利要求5所述的新型弯-扭复合振动超声切削装置，其特征是：所述第一大端和第二大端的端面上分别设置一个法兰盘，并且，所述第一大端和第二大端的端面中心设置有螺纹孔，两组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极分别通过连接螺栓串接在一起，并且，所述连接螺栓的内端与所述螺纹孔旋合连接。

7.根据权利要求6所述的新型弯-扭复合振动超声切削装置，其特征是：每组所述反射端、压电陶瓷片和铜电极中包括四个压电陶瓷片和四个铜电极，或者两个压电陶瓷片和两个铜电极，二者间隔交错分布，相邻所述压电陶瓷片纵向极化方向相反，所述压电陶瓷片净化后采用专业粘合剂粘合，并进行老化处理；各接触面、圆周面进行精磨，达到粗糙度及跳动要求。