[发明专利]双激励超声椭圆振动切削装置及其优化设计方法

说明书

本发明涉及一种双激励超声椭圆振动切削装置及其优化设计方法。该双激励超声椭圆振动切削装置包括：第一超声结构，包括第一变幅杆、第一连接头以及第一超声换能器；第二超声结构，包括第二变幅杆、第二连接头以及第二超声换能器；连接结构，包括连接主体以及第一连接端与第二连接端，所述第一连接端用于连接所述第一变幅杆，所述第二连接端用于连接所述第二变幅杆；刀具，设置于所述连接主体，所述刀具的刀尖用于执行切削动作；以及控制器，与所述第一超声换能器及所述第二超声换能器电连接，调节所述第一电源信号与所述第二电源信号之间的相位差，使所述刀具的刀尖位置合成椭圆振动轨迹。提高刀具切削的准确度，保证切削精度，进而保证切削质量。

技术领域

本发明涉及机械切削系统技术领域，特别是涉及一种双激励超声椭圆振动切削装置及其优化设计方法。

背景技术

超声椭圆振动切削是将超声振动附加于道具或工件，使刀具刀尖在切削过程中的运动路径上产生超声频率的周期性椭圆轨迹，以获得高质量表面即表面微结构形貌的特种加工技术。超声椭圆振动切削系统分解为换能器、变幅杆以及加工刀具三个主要部分。变幅杆是超声椭圆振动切削系统的核心主城部分，将振幅放大并传递至刀尖处，产生振动耦合，从而形成椭圆振动轨迹，其设置布局直接影响刀尖处的椭圆运动轨迹。

对于加工的目标表面及微织构来说，超声椭圆振动切削系统能够实现微纳量级的振动轨迹，有利于大幅提升表面质量并实现表面微织构的成形加工，因此，超声椭圆振动切削装置的研发与优化设计成为了研究的热点。

根据金属切削理论及有关研究表明，超声椭圆振动切削技术属于断续切削的一种，其椭圆轨迹会直接影响切削动态过程中的切削速度、切削深度以及有效切削接触区域，从而影响加工表面的粗糙度、光洁度、残余应力以及表面损伤程度等。由于超声椭圆振动切削装置的结构设计直接影响椭圆振动轨迹，而且加工质量要求对椭圆轨迹也有着不同的位姿要求，以求实现最优切削参数状态下的最佳切削质量。但是，目前的超声椭圆振动切削装置准确度不高的问题，影响其切削精度，进而影响切削质量。

发明内容

基于此，有必要针对目前超声椭圆振动切削装置准确度不高的问题，提供一种能够保证切削精度的双激励超声椭圆振动切削装置及其优化设计方法。

一种双激励超声椭圆振动切削装置，包括：

第一超声结构，包括第一变幅杆、第一连接头以及第一超声换能器，所述第一连接头连接所述第一变幅杆与所述第一超声换能器；

第二超声结构，包括第二变幅杆、第二连接头以及第二超声换能器，所述第二连接头连接所述第二变幅杆与所述第二超声换能器；

连接结构，包括连接主体以及设置于所述连接主体的第一连接端与第二连接端，所述第一连接端用于连接所述第一变幅杆，所述第二连接端用于连接所述第二变幅杆，且所述第一连接端与所述第二连接端之间存在预设夹角；

刀具，设置于所述连接主体，所述刀具的刀尖用于执行切削动作；以及

控制器，与所述第一超声换能器及所述第二超声换能器电连接，所述控制器调节所述第一超声换能器的第一电源信号与所述第二超声换能器的第二电源信号，以调节所述第一电源信号与所述第二电源信号之间的相位差，使所述刀具的刀尖位置合成椭圆振动轨迹。

在其中一个实施例中，所述第一超声换能器包括第一换能电源以及第一换能主体，所述第一换能电源为所述第一换能主体供电，并电连接所述控制器与所述第一换能主体；

所述第二超声换能器包括第二换能电源以及第二换能主体，所述第二换能电源为所述第二换能主体供电，并电连接所述控制器与所述第二换能主体；

所述控制器能够调节所述第一换能电源的第一电源信号与所述第二换能电源的第二电源信号，使所述第一换能主体及所述第二换能主体调节所述第一变幅杆及所述第二变幅杆的相位差，以调节所述第一变幅杆与所述第二变幅杆的实际谐振频率。