钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置

技术领域

本发明涉及磨削加工设备领域，具体为钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置。

背景技术

为了提高碳纤维复合材料的耐烧蚀性能,Ti金属元素被引入复合材料中,形成了一类改性碳纤维复合材料。钛基碳纤维复合材料具有质轻、耐烧蚀、热化学性能稳定等优良特性,作为热防护部件被广泛应用于航空航天、交通能源等领域。该类材料是典型的难加工材料,碳纤维及基体均为硬脆性材料,硬度大、断裂韧性低,加工过程中切削力大,切削区域温度高,材料极易以脆性方式去除,加工表面质量差,刀具磨损严重。现有研究表明,磨削是该类材料较为可行的加工方式,但钛基碳纤维复合材料加工过程中切削力大，切削温度高。纤维切削角，即磨削方向与纤维方向的夹角是影响加工效率和加工质量的关键，同时，轴向切削力是复合材料分层损伤的关键。

然而正是这些特性增加了碳纤维等复合材料的加工难度，传统的加工方法加工效率低、成本高，限制了碳纤维等复合材料的进一步应用。随着科学技术的发展，特种加工应运而生，并且迅速发展。其中，作为特种加工的一种，旋转超声振动加工效率高、效果好，在碳纤维等复合材料加工领域广泛应用。然而旋转超声振动磨削加工轴向冲击力过大，影响碳纤维等复合材料的加工效果；而超声纵扭振动加工不受此限制，不仅可以大幅提高加工效率，降低切削力，提高加工表面质量和刀具寿命，还能够提高刀具系统的轴向、扭转以及弯曲刚度，在加工复合材料方面有更加优良的工艺效果。

超声纵扭加工中，常用到超声波变幅杆，超声波变幅杆是超声波振动系统中一个重要的组成部分，它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能，因此也称超声变速杆或超声聚能器。超声波变幅杆顾名思义就是配合超声波换能器改变超声波振动幅度的功能组件。其主要作用是改变换能器的振幅、提高振速比、提高效率，提高机械品质因数，加强耐热性，扩大适应温度范围，延长换能器的使用寿命。超声波换能器通过安装变幅杆调整了换能器与超声波工具头之间的负载匹配，减小了谐振阻抗，使其在谐振频率工作提高了电声转换效率，有效降低了超声波换能器的发热量，提高使用寿命。

现有的超声波变幅杆在制造完成后纵扭角度和速度即为固定，无法再根据实际情况进行调整，不能适用于不同的磨削需要。

发明内容

本发明的目的在于提供钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置，包括超声振动刀柄、刀具，超声振动刀柄中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，所述超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有可以控制纵扭角度和速度的多级调节机构，多级调节机构安装在超声振动刀柄上。

优选的，所述多级调节机构包括安装在超声振动刀柄下端的外套杆、滑动连接在外套杆上的控制组件和纵扭导向组件，所述超声波变幅杆下端设置有多组纵扭导向组件，外套杆包裹在超声波变幅杆外，通过控制组件在外套杆上滑动来控制决定使用哪组纵扭导向组件。

优选的，所述外套杆上端固定连接超声振动刀柄下端，外套杆中设置有用于连接控制组件、纵扭导向组件的空腔，外套杆上设置有若干连接杆槽，每相邻的两个连接杆槽之间设置有一个滑动槽，滑动槽在每组纵扭导向组件对应位置的高度上连接锁定槽，滑动槽、锁定槽均设置在外套杆上。

优选的，所述纵扭导向组件包括纵扭槽组和纵扭导向组，所述超声波变幅杆下端设置有多组倾角不同的纵扭槽组，每组纵扭槽组包括环形分布的若干导向滑槽，所述外套杆内侧与纵扭槽组对应位置设置有纵扭导向组，每个纵扭导向组包括若干纵扭导杆机构，纵扭导杆机构包括导向滑块、滑块弹簧、弹簧挡板，所述导向滑块一端可以滑动连接导向滑槽，另一端固定连接弹簧挡板，导向滑块中部滑动连接外套杆，所述导向滑块外设置有用于复位的滑块弹簧，滑块弹簧一端固定连接外套杆，另一端固定连接弹簧挡板。

优选的，所述控制组件包括外环、内环和锁定组件，所述外环滑动并转动连接在外套杆外，内环滑动连接在外套杆中，所述内环上固定连接多个连接杆的一端，连接杆的另一端滑动连接外环，连接杆中部在连接杆槽中滑动，所述内环中固定连接若干用于推动导向滑块的推动块，推动块呈梯形，其下底固定在内环上，上底与腰滑动连接弹簧挡板。

优选的，所述锁定组件包括多个定位块，每个定位块一端滑动连接在外环中，另一端呈半球形滑动连接在滑动槽和锁定槽中，所述定位块位于外环中的一端固定连接定位弹簧的一端，定位弹簧的另一端固定连接在外环中。

优选的，所述刀具可以是椭圆形、板状、球形或弧形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设置有多级调节机构，通过多级调节机构的调节实现纵扭角度和速度可以根据需要调整以便适应不同加工需要的目的；移动控制组件，使控制组件在外套杆上滑动，通过将控制组件移动到不同的纵扭导向组件的对应位置来控制纵扭的角度和速度，使用倾角越大的纵扭导向组件，纵扭产生的角度越大，转动速度越快，使用倾角越小的纵扭导向组件，纵扭的角度越小，转动速度越慢。

附图说明

图1为本发明的主要结构示意图；

图2为图1的A处的局部放大图；

图3为本发明控制组件的结构示意图；

图4为本发明锁定组件的结构示意图；

图5为本发明的主剖面结构示意图；

图6为本发明不同刀具的结构示意图。

图中：1、外套杆，101、连接杆槽，102、滑动槽，103、锁定槽，2、控制组件，201、外环，202、内环，203、连接杆，204、推动块，205、定位块，206、定位弹簧，3、纵扭导向组件，301、导向滑块，302、滑块弹簧，303、弹簧挡板，304、导向滑槽，4、超声振动刀柄。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，为解决现有的超声纵扭振动刀具在制造完成后纵扭角度和速度即为固定，无法再根据实际情况进行调整，不能适用于不同的磨削需要的问题，达到纵扭角度和速度可以根据需要调整以便适应不同加工需要的目的，本发明提供一种技术方案：钛基碳纤维复合材料超声纵扭振动辅助磨削装置，包括超声振动刀柄4、刀具，超声振动刀柄4中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，所述超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有可以控制纵扭角度和速度的多级调节机构，多级调节机构安装在超声振动刀柄4上。所述刀具可以是椭圆形、板状、球形或弧形。使用时，根据使用的刀具、加工的材质、所需的打磨效果等因素使用多级调节机构对纵扭角度和速度进行调节，调节完毕后，将超声振动刀柄4连接在机床上或操作人员手持，使用其上连接的刀具对工件进行打磨，通过调整装置和纤维的角度，调整纤维与磨削方向的夹角，从而达到降低分层损伤，提高加工质量的目的。

请参阅图2、图5，多级调节机构包括安装在超声振动刀柄4下端的外套杆1、滑动连接在外套杆1上的控制组件2和纵扭导向组件3，超声波变幅杆下端设置有多组纵扭导向组件3，外套杆1包裹在超声波变幅杆外，通过控制组件2在外套杆1上滑动来控制决定使用哪组纵扭导向组件3。外套杆1上端固定连接超声振动刀柄4下端，外套杆1中设置有用于连接控制组件2、纵扭导向组件3的空腔。调整时，移动控制组件2，使控制组件2在外套杆1上滑动，通过将控制组件2移动到不同的纵扭导向组件3的对应位置来控制纵扭的角度和速度，使用倾角越大的纵扭导向组件3，纵扭产生的角度越大，转动速度越快，使用倾角越小的纵扭导向组件3，纵扭的角度越小，转动速度越慢。

请参阅图5，为实现多级调节，设置有纵扭导向组件3，纵扭导向组件3包括纵扭槽组和纵扭导向组，超声波变幅杆下端设置有多组倾角不同的纵扭槽组，每组纵扭槽组包括环形分布的若干导向滑槽304，外套杆1内侧与纵扭槽组对应位置设置有纵扭导向组，每个纵扭导向组包括若干纵扭导杆机构，纵扭导杆机构包括导向滑块301、滑块弹簧302、弹簧挡板303，导向滑块301一端可以滑动连接导向滑槽304，另一端固定连接弹簧挡板303，导向滑块301中部滑动连接外套杆1，导向滑块301外设置有用于复位的滑块弹簧302，滑块弹簧302一端固定连接外套杆1，另一端固定连接弹簧挡板303。当控制组件2选择该组纵扭槽组的时候，控制组件2推动弹簧挡板303，弹簧挡板303压缩滑块弹簧302的同时带动导向滑块301滑动伸出，使导向滑块301的一端插入导向滑槽304中，两者发生相对滑动，从而使超声波变幅杆根据导向滑槽304的倾角纵扭震动磨削。

请参阅图2-5，为便于调整，设置有控制组件2，控制组件2包括外环201、内环202和锁定组件，外套杆1上设置有若干连接杆槽101，每相邻的两个连接杆槽101之间设置有一个滑动槽102，滑动槽102在每组纵扭导向组件3对应位置的高度上连接锁定槽103，滑动槽102、锁定槽103均设置在外套杆1上，外环201滑动并转动连接在外套杆1外，内环202滑动连接在外套杆1中，内环202上固定连接多个连接杆203的一端，连接杆203的另一端滑动连接外环201，连接杆203中部在连接杆槽101中滑动，内环202中固定连接若干用于推动导向滑块301的推动块204，推动块204呈梯形，其下底固定在内环202上，上底与腰滑动连接弹簧挡板303。锁定组件包括多个定位块205，每个定位块205一端滑动连接在外环201中，另一端呈半球形滑动连接在滑动槽102和锁定槽103中，定位块205位于外环201中的一端固定连接定位弹簧206的一端，定位弹簧206的另一端固定连接在外环201中。调整时，移动外环201，外环201带动连接杆203在连接杆槽101中滑动，连接杆203带动内环202移动，内环202带动推动块204移动，推动块204滑动推动弹簧挡板303，当推动到对应导向滑块301位置的时候，即滑动槽102和锁定槽103的交汇位置，锁定槽103的深度深于滑动槽102，以便使用者定位；此时转动外环201，外环201带动定位块205转动，使定位块205离开滑动槽102进入锁定槽103中，以完成对外环201位置的锁定，从而锁定控制组件2，以便使控制组件2处于要使用的纵扭导向组件3的位置，在此过程中，连接杆203在外环201内设置的滑槽中水平滑动。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。