用于薄壁件深孔加工的超声纵弯复合车削装置的制作方法

本发明属于超声车削加工技术领域，具体涉及一种用于薄壁件深孔加工的超声纵弯复合车削装置。

背景技术：

薄壁件深孔加工技术作为机械制造技术的重点和难点，对于发展航空航天、国防军工等具有重要的意义。首先，薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。其次，传统深孔加工技术同样由于加工过程中切削力较大，致使切削系统存在一定程度的切削颤振和大量的切削热，使得深孔加工中出现车刀刚性变差，刀具磨损严重甚至崩刃，加工表面质量和精度急剧下降等一系列问题。

超声车削加工技术是通过变幅杆将简谐振动的机械波附加到车刀上，使刀具周期性的切削和离开工件，从而降低切削力和切削温度，可使系统刚度提高到3-10倍，同时有利于提高表面质量和刀具使用寿命的一种精密加工方法。因此，超声车削加工技术作为一种有效提高深孔加工精度的方法而被广泛应用于薄壁件深孔加工领域。

现有超声深孔加工装置通过使用辅助支撑，增加减振装置，可调刀杆长度等方法提高系统刚度，但存在装置结构复杂，通用性差，难以控制加工精度等一系列问题。现有超声深孔加工装置在加工时仍会存在工件表面组织破碎，刀具运动轨迹不利于排屑等问题。因此，需要一种可以有效降低切削力，同时抑制颤振，提高加工质量的超声深孔加工装置。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种设计科学、能够用于薄壁件深孔加工、安装调试方便且加工精度高的用于薄壁件深孔加工的超声纵弯复合车削装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于薄壁件深孔加工的超声纵弯复合车削装置，包括复合型变幅杆、换能器组件、套筒和尾部防尘盖，套筒的中心线沿左右方向水平设置，复合型变幅杆同轴向安装在套筒内，所述复合型变幅杆从左到右依次为同轴向设置的圆锥型变幅杆、长传振杆、指数型变幅杆和短传振杆，所述长传振杆前部沿外侧同轴向设置有传振杆法兰，所述指数型变幅杆的外侧部沿周向设置有若干个斜槽，圆锥型变幅杆和指数型变幅杆均为前粗后细的圆锥体结构，指数型变幅杆的前端与长传振杆的外径相等，指数型变幅杆的后端与短传振杆的外径相等，所述短传振杆内部沿径向设置有刀槽，所述圆锥型变幅杆前端面沿轴向设置有第一螺纹孔，换能器组件通过螺纹连接在第一螺纹孔内的连接螺栓安装在圆锥型变幅杆前端部，圆锥型变幅杆外圆周同轴向设置有变幅杆法兰，套筒后端内壁同轴向固定设置有连接环，连接环上开设有左右通透的第二螺纹孔，传振杆法兰上开设有左右通透的第三螺纹孔，第二螺纹孔和第三螺纹孔通过连接螺钉连接固定，套筒前侧内壁设置有一节内螺纹，尾部防尘盖由套筒前端口伸入并螺纹连接在套筒内，尾部防尘盖后端与变幅杆法兰的前侧面顶压配合，尾部防尘盖前端中部安装有航空插头，所述换能器组件位于尾部防尘盖并通过线缆与航空插头连接，航空插头外部通过线缆连接有超声波电源。

所述换能器组件包括均位于尾部防尘盖内部的四个压电陶瓷片和四个电极片，所述连接螺栓沿前后水平方向设置，四个所述压电陶瓷片和四个所述电极片套设在所述连接螺栓上，并且所述压电陶瓷片与所述电极片交替设置，所述连接螺栓的前部螺纹连接有用于压紧压电陶瓷片和电极片的压紧螺母，连接螺栓后端螺纹连接在第一螺纹孔内，相邻的两个所述电极片的正负极通过导线相连。

所有的压电陶瓷片和电极片外部套设有热缩绝缘套管。

刀槽的横断面为方形结构，刀槽内设置有刀杆，刀杆一端设有车刀，短传振杆后端面沿轴向方向螺纹连接有定位螺栓，定位螺栓前端压紧刀杆。

套筒底部设置有安装底座。

采用上述技术方案，本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体地说，本发明的薄壁件深孔加工的超声纵弯复合车削装置具有：

1、本发明简化了现有超声车削装置的结构，整个超声纵弯复合车削装置便于安装，操作简单，拆卸方便，与现有深孔加工装置相比，该装置所加工孔类零件形状精度及位置精度得到提高，内表面质量也得到改善。该装置与普通车床或数控车床有很高的兼容性，扩大了车床的工艺范围，提高了车床的实用效率和应用范围。

2、本发明结构简单，刚度好，加工过程中可有效降低切削力，抑制颤振，并可用于壁厚小于1mm的薄壁零件的深孔加工。

3、本发明采用复合型变幅杆，复合型变幅杆前端为圆锥型变幅杆、中间为长传振杆、后端为指数型变幅杆，指数型变幅杆小端面后接短传振杆。长传振杆可起到增加装置刚度的作用，简化结构的同时可减少颤振现象，有效提高深孔加工质量。

4、本发明利用螺钉将安装底座固定在车床转台刀架上，超声波电源通过线缆与航空插头连接，将超声波电源的信号输入到换能器组件中，使其产生一定规律的高频振动，进而带动车刀产生纵弯振幅，实现超声车削。整个装置体积小，操作简单，与现有车削装置相比加工精度高，同时提高了加工效率，降低生产成本。

5、本发明中的连接螺栓、所有的压电陶瓷片和电极片均分别位于热缩绝缘套管内，并且需要热缩绝缘套管的内壁与压电陶瓷片和电极片外缘相贴紧，能够防止能量在传输过程中出现不必要的能量损失。

6、在圆锥型变幅杆的前安装换能器组件，所述圆锥型变幅杆将换能器组件的纵向振动放大，通过长传振杆传递到指数型变幅杆，所述指数型变幅杆的外部设置的斜槽将长传振杆传递的纵向振动转换为纵弯复合振动，通过短传振杆将纵弯振动传递到刀杆上，从而实现车刀的纵弯复合振动。

7、本发明将车削装置和超声辅助装置融合在一起，通过回转刀架安装在普通车床或数控车床上，用于解决硬质铝合金、钛合金等薄壁件深孔加工的难题，扩大了车床的使用范围，易于推广实施，具有良好的经济效益的优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中换能器组件的结构图；

图3为本发明安装在机床上进行加工作业时的示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明的用于薄壁件深孔加工的超声纵弯复合车削装置，包括复合型变幅杆、换能器组件1、套筒2和尾部防尘盖3，套筒2的中心线沿左右方向水平设置，复合型变幅杆同轴向安装在套筒2内，所述复合型变幅杆从左到右依次为同轴向设置的圆锥型变幅杆4、长传振杆5、指数型变幅杆6和短传振杆7，长传振杆5前部沿外侧同轴向设置有传振杆法兰8，指数型变幅杆6的外侧部沿周向设置有若干个斜槽9，圆锥型变幅杆4和指数型变幅杆6均为前粗后细的圆锥体结构，指数型变幅杆6的前端与长传振杆5的外径相等，指数型变幅杆6的后端与短传振杆7的外径相等，所述短传振杆7内部沿径向设置有刀槽，圆锥型变幅杆4前端面沿轴向设置有第一螺纹孔，换能器组件1通过螺纹连接在第一螺纹孔内的连接螺栓10安装在圆锥型变幅杆4前端部，圆锥型变幅杆4外圆周同轴向设置有变幅杆法兰11，套筒2后端内壁同轴向固定设置有连接环，连接环上开设有左右通透的第二螺纹孔，传振杆法兰8上开设有左右通透的第三螺纹孔，第二螺纹孔和第三螺纹孔通过连接螺钉12连接固定，套筒2前侧内壁设置有一节内螺纹，尾部防尘盖3由套筒2前端口伸入并螺纹连接在套筒2内，尾部防尘盖3后端与变幅杆法兰11的前侧面顶压配合，尾部防尘盖3前端中部安装有航空插头13，所述换能器组件1位于尾部防尘盖3并通过线缆23与航空插头13连接，航空插头13外部通过线缆23连接有超声波电源14。

换能器组件1包括均位于尾部防尘盖3内部的四个压电陶瓷片15和四个电极片16，连接螺栓10沿前后水平方向设置，四个所述压电陶瓷片15和四个所述电极片16套设在所述连接螺栓10上，并且压电陶瓷片15与所述电极片16交替设置，连接螺栓10的前部螺纹连接有用于压紧压电陶瓷片15和电极片16的压紧螺母，连接螺栓10后端螺纹连接在第一螺纹孔内，相邻的两个所述电极片16的正负极通过导线相连。

所有的压电陶瓷片15和电极片16外部套设有热缩绝缘套管17。

刀槽的横断面为方形结构，刀槽内设置有刀杆18，刀杆18一端设有车刀22，短传振杆7后端面沿轴向方向螺纹连接有定位螺栓19，定位螺栓19前端压紧刀杆18。

套筒2底部设置有安装底座20。

在进行深孔加工时，将本发明通过紧固螺栓夹紧安装底座20，装配在数控车床的回转刀架21上，然后将超声波电源14通过线缆23与航空插头13连接，打开超声波电源14开关，超声波电源14的显示屏上显示当前功率信息，通过调节超声波电源14上的旋钮调节得到所需的超声频率和电流，其中超声频率和电流会在超声波电源14的显示屏上显示出来。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。