專利名稱：超聲波前置雙向振動車削方法
技術領域：
本發明涉及一種在車床上對工件進行超聲波車削的方法，屬于超聲波車削技術領域。
背景技術：
超聲波振動車削，是指使車刀以振動頻率f=16_50KHz、振幅a=10_25 U m的超聲波范圍的振動頻率和小振幅沿切削方向進行的車削。利用這種振動切削，可在普通車床上實現超精密加工，即可以達到圓度、圓柱度、平面度、平行度、直線度均接近零誤差，實現以車代磨。應用超聲波車削具有如下優點1.切削力降低振動車削從微觀上看是一種脈沖切肖IJ，刀具在一個振動周期中的有效切削時間極短，一個振動周期內絕大部分時間刀具與切屑完全分離，所以其平均切削力遠小于相同切削參數時的普通車削，約為普通車削時切削力的1/3-1/10; 2.加工精度提高由于振動車削是一種脈沖切削，刀具與工件完全分離， 所以沒有普通車削時的“讓刀”現象，即每個切削瞬間刀刃所處的位置保持不變，從而提高了加工精度，即使在只有小于0. Olmm的微小吃刀深度，也能按預定的切削深度進行精密加工。同時，粗糙度值明顯降低，可以達到理論表面粗糙度；3.切削溫度保持室溫狀態，同樣基于振動車削是脈沖切削的原因，刀具不與工件和切屑摩擦，切削熱量大大減少；4.工件不產生變形，沒有毛刺；被加工零件呈現“剛性化”，切削后的工件表面呈彩虹效果；5.車削過程穩定，有效消除顫振，不產生積屑瘤；切削液的冷卻、潤滑作用提高；刀具壽命提高，工件耐磨性和耐腐蝕性提高。振動車削主要應用于1.耐熱鋼、鈦合金、恒彈性合金、高溫合金、不銹鋼、冷硬鑄鐵、工程陶瓷和花崗巖等難加工材料的加工；2.加工淬硬鋼零件；3.成型車削；4.細長桿件及薄壁件加工；5.超精密加工；6.超細直徑零件加工。已有的超聲波振動車削技術有圖I所示的彎曲振動超聲車削技術和圖2所示的縱向振動-彎曲振動超聲車削技術。彎曲振動超聲車削技術是與換能器3連接的變幅桿2直接固定連接在車刀I的后端，變幅桿2與車刀I方向一致，變幅桿2和換能器3的外部設置一個保護套8，換能器3與超聲波發生器相連，換能器3將電振蕩信號轉換成超聲頻機械振動，變幅桿2將換能器3的超聲頻機械振動放大后傳遞給車刀I,推動刀頭做彎曲振動。縱向振動-彎曲振動超聲車削技術是將與換能器3連接的變幅桿2通過螺栓垂直固定連接在車刀I的后部(在車刀I的后端與刀架4之間)。這兩種方式都是使變幅桿2和車刀I固定連接為一體，將車刀I通過螺栓5和壓塊7裝夾在刀架4上，同時通過螺栓和壓塊作用在車刀I上的壓力點A和B必須在超聲波輸出的節點上。變幅桿2在換能器3帶動下對車刀I產生超聲波振動。中國專利文獻CN101633046B公開了一種《超聲波振動車削專用裝置》，包括主夾具件、次夾具件底板、次夾具件壓板和節點墊片，主夾具件與次夾具件底板的一端固定垂直連接，次夾具件壓板與次夾具件底板固定連接并相互平行，節點墊片固定設置于次夾具件底板上并正對于次夾具件壓板。節點墊片的節點位置與車刀的節點位置相同，節點墊片的節點間距為超聲波在車刀中傳播波長的1/2，車刀安裝在該專用裝置中，使車刀節點的位置與節點墊片的位置相對應，可以實現刀具上下方向的移動，調正刀尖與工件中心線在同一平面上。以上現有的超聲波振動車削方式，均是將變幅桿與車刀刀桿(或車刀)固定連接為一體，這種方式存在的問題是，當車削參數(如線速度、切削深度、進給量等)發生變化時，車削的負載特性就發生變化，而這種負載的變化直接影響超聲波能量輸出的穩定性，超聲波能量輸出不穩定就直接影響車刀刀尖的振動而影響車削的質量；甚至，在負載較大、車刀所受的切削力較大或負載變化很大的情況下，超聲波能量輸出就很小甚至沒有輸出，車刀的刀尖也就會振動很小甚至沒有振動，對工件車削時，起不到超聲波振動的效果；同時由于車刀上的壓力點A和B必須在超聲波輸出的節點上 ，由于各種條件的限制，很難保證這一點，如果滿足不了這個要求，就無法使車刀產生超聲波振動。另外由于變幅桿的沖擊是周期性的，當只設置一個變幅桿對車刀沖擊振動時，變幅桿只能實現對車刀半波沖擊振動，不能使車刀始終保持較大振幅的振動。這也是到目前為止超聲波振動車削并沒有工業化應用的實質原因。

發明內容
本發明針對現有超聲波振動車削技術存在的問題，提供一種超聲波能量輸出對車削負載不敏感、使車刀刀尖振動穩定、振動車削效果好的超聲波前置雙向振動車削方法。本發明的超聲波前置雙向振動車削方法，是
將兩個變幅桿的一端上下作用在車刀刀桿的位于車刀刀尖與安裝車刀的刀架之間的部位，兩個變幅桿與車刀的刀桿不是緊固連接而只是接觸，兩個變幅桿的另一端分別與一個換能器連接，將兩個換能器分別與超聲波發生器電連接，對兩個變幅桿均施加一個壓力，在車削過程中通過該壓力使變幅桿始終與車刀刀桿接觸，啟動兩個超聲波發生器，使換能器將電振蕩信號轉換成超聲頻機械振動，同時使兩個變幅桿的振動相位相差180°，變幅桿將換能器的超聲頻機械振動放大后傳遞給車刀，上下兩個變幅桿對車刀刀桿交替產生振動，實現對工件的超聲波車削。換能器可以為磁滯伸縮換能器，也可以為壓電陶瓷換能器。所述壓力可通過彈簧、液壓機構或氣動機構施加。本發明中變幅桿與車刀刀桿不是固定在一起的，而是在超聲波振動車削過程中，通過一個外壓力，使變幅桿與車刀刀桿始終接觸，無論車削參數(如線速度、切削深度、進給量等)發生怎樣的變化，都不會直接對超聲波能量的穩定輸出產生影響，而穩定的超聲波能量輸出又使車刀刀桿得到穩定的振動力，保證了車刀刀尖的振動穩定，兩個變幅桿交替對車刀刀桿產生沖擊振動，保證了車刀刀尖的連續較大的振動幅度，從而保證了超聲波振動車削的效果，使超聲波振動車削真正得到工業化應用。


圖I是現有彎曲振動超聲車削的原理示意圖。圖2是現有縱向振動-彎曲振動超聲車削的原理示意圖。圖3是本發明的原理示意圖。圖中1、車刀，2、變幅桿，3、換能器，4、刀架，5、螺栓，6、工件，7、壓塊，8、保護套，9、上變幅桿，10、上換能器，11、下變幅桿，12、下換能器。
具體實施例方式如圖3所示，本發明的超聲波前置雙向振動車削方法是在車刀I的位于車刀刀尖與刀架4之間的刀桿部位上下設置兩個變幅桿即上變幅桿9和下變幅桿11，上變幅桿9和下變幅桿11與車刀I的刀桿均是分開的，只是接觸，不連為一體。上變幅桿9和下變幅桿11的另一端分別與上換能器10和下換能器12連接，將上換能器10和下換能器12兩個換能器分別與一個外部超聲波發生器電連接。對上變幅桿9和下變幅桿11兩個變幅桿均施加一個壓力，該壓力施加在變幅桿上，該壓力可通過彈簧、液壓機構或氣動機構施加。在車削過程中通過壓力使上變幅桿9和下變幅桿11始終與車刀刀桿接觸。啟動兩個超聲波發生器，使上換能器10和下換能器12將電振蕩信號轉換成超聲頻機械振動，同時使上變幅桿9和下變幅桿11兩個變幅桿的振動相位相差180°，上變幅桿9和下變幅桿11分別將上換 能器10和下換能器12的超聲頻機械振動放大后傳遞給車刀1，上下兩個變幅桿對車刀刀桿交替產生振動，使車刀刀尖保持較大的連續的振動幅度，在穩定的振動力下實現對工件的超聲波車削。
權利要求
1.一種超聲波前置雙向振動車削方法，其特征是 將兩個變幅桿的一端上下作用在車刀刀桿的位于車刀刀尖與安裝車刀的刀架之間的部位，兩個變幅桿與車刀的刀桿不是緊固連接而只是接觸，兩個變幅桿的另一端分別與一個換能器連接，將兩個換能器分別與超聲波發生器電連接，對兩個變幅桿均施加一個壓力，在車削過程中通過該壓力使變幅桿始終與車刀刀桿接觸，啟動兩個超聲波發生器，使換能器將電振蕩信號轉換成超聲頻機械振動，同時使兩個變幅桿的振動相位相差180°，變幅桿將換能器的超聲頻機械振動放大后傳遞給車刀，上下兩個變幅桿對車刀刀桿交替產生振動，實現對工件的超聲波車削。
全文摘要
一種超聲波前置雙向振動車削方法，將兩個變幅桿的一端上下作用在車刀刀桿的位于車刀刀尖與安裝車刀的刀架之間的部位，兩個變幅桿與車刀的刀桿不是緊固連接而只是接觸，兩個變幅桿的另一端分別與一個換能器連接，將兩個換能器分別與超聲波發生器電連接，對兩個變幅桿均施加一個壓力，在車削過程中通過該壓力使變幅桿始終與車刀刀桿接觸，啟動兩個超聲波發生器，使換能器將電振蕩信號轉換成超聲頻機械振動，同時使兩個變幅桿的振動相位相差180°，變幅桿將換能器的超聲頻機械振動放大后傳遞給車刀，上下兩個變幅桿對車刀刀桿交替產生振動，實現對工件的超聲波車削，保證了超聲波振動車削的效果。
文檔編號B06B1/02GK102794460SQ201210317320
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月31日 優先權日2012年8月31日
發明者趙顯華 申請人:趙顯華