[发明专利]一种单向超声辅助成形磨削装备及操作方法

说明书

本发明公开了一种单向超声辅助成形磨削装备及操作方法，属于复合加工中超声辅助加工领域。该装备的两个夹持固定部件夹持工件的两端，超声波换能器通过双头螺柱与其中一个夹持固定部件连接，与超声换能器连接的夹持固定部件传递超声振动，所述夹持固定部件的伸长杆两端分别与超声换能器与双翼状夹具连接，伸长杆夹持在上、下夹板之间，且固定在机床的加工平台上。夹持点位于振动节点处。在工作状态下，双翼状夹具的双翼渐变结构大幅抑制工件非加工方向上的超声振动，使工件产生单向振动；可以适应不同长度工件的加工需求；可在不拆卸超声辅助成形磨削装备整体下，实现工件的四面加工。

技术领域

本发明属于超声振动辅助加工技术领域，特别涉及一种用于成形磨削的单向超声振动辅助加工装备。

背景技术

近年来，由于具有高硬度、高耐磨性和耐高温性的先进材料零部件（如钛合金、高温合金、碳纤维增强复合材料、氧化锆生物陶瓷、碳化硅半导体）在现代工业的使用范围与数量日益剧增，使得先进材料零部件的高效率、高质量加工成为现代制造业亟待解决的问题之一。超声波辅助加工因其具有减小切削力、降低切削热、改善工件表面质量、提高刀具寿命等优点，成为一种有效提高先进材料零部件加工质量的方法，具有很好的发展前景。

超声加工根据其超声波振动作用位置不同，可分为刀具实现超声波振动与工件实现超声波振动。目前，用刀具实现超声波振动存在一些问题：刀具结构复杂，使得装备整体刚度与稳定性较弱；当刀具位于机床主轴上时，需对机床主轴进行改造，对主轴的回转精度等有较大影响。对于成形磨削，通过变幅杆将单向超声振动直接作用于工件时，工件产生二维超声振动，影响单向成形磨削；成形砂轮易与变幅杆发生干涉，破坏超声辅助加工装备。因此设计一种作用于工件的单向超声振动辅助成形磨削装备，以实现先进材料零部件的超声辅助成形磨削。发明人之前申请的公开号为CN110899077A的发明专利公开了一种基于二维振动用于大型零件加工的单向超声振动平台及其操作方法，固定支脚分两组固定在二维多孔超声振动平台正反两个面上相同波节点处，在二维多孔超声振动平台的一个侧面中轴线位置连接超声波换能器。超声波换能器驱动二维多孔超声振动平台产生纵向一个全波长，横向三个半波长的耦合振动，耦合振动在平台中心形成单一纵向振动，通过耦合振动扩大中心纵振区域面积；二维多孔超声振动平台上存在均布的螺纹孔和凹槽，用于隔绝横向振动和增大纵振振幅。本发明结构简单、工作稳定性好，通过二维波的耦合实现了大型零件的超声磨削加工。公开号为CN102806361A的专利申请文件公开了一种超声波前置单向振动车削方法，将变幅杆的一端作用在车刀的刀杆上，变幅杆作用在车刀上的位置是在车刀刀尖与安装车刀的刀架之间，变幅杆与车刀的刀杆不是紧固连接而只是接触，变幅杆的另一端与换能器连接，将换能器与超声波发生器电连接，对变幅杆施加一个压力，在车削过程中通过该压力使变幅杆始终与车刀刀杆接触，启动超声波发生器，换能器将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆将换能器的超声频机械振动放大后传递给车刀，无论车削参数发生怎样的变化，都不会直接对超声波能量的稳定输出产生影响。而稳定的超声波能量输出又使车刀刀杆得到稳定的振动力，保证了车刀刀尖的振动稳定和振动车削的效果。

发明内容

为了克服现有技术中，工件振动超声辅助加工直接作用于成形磨削时，工件产生二维振动，影响成形磨削；成形砂轮易与变幅杆发生干涉，破坏超声振动辅助成形磨削装备的问题，本发明的目的在于一种单向超声辅助成形磨削装备及操作方法，采用双翼状夹具与伸长杆的结构，抑制非加工方向（Y轴）上振动，同时避免成形砂轮与超声辅助加工装备的干涉，有效传递超声振动，最终实现工件的单向（X轴）振动超声辅助成形磨削。

为达到上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种单向超声辅助成形磨削装备，包括两个夹持固定部件、工件、超声波换能器，两个夹持固定部件夹持固定工件的两端，超声波换能器通过双头螺柱与其中一个夹持固定部件连接，与超声换能器连接的夹持固定部件传递超声振动。