Способ ультразвуковой обработки

 

О Il И С А Н И Е (11) 546390

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.03.74 (21) 2015421/08 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.з В 06В 3/00

В 23Р 1/00

1осударственный ком итет

Совета Министров СССР

Опубликовано 15.02.77. Бюллетень № 6 по делам изобретений (53) УДК 621.9,048.6 (088.8) н открытий

Дата опубликования описания 17.03.77 (72) Авторы изобретения

В. К, Асташев, В. И. Бабицкий и М. Е. Герц (71) Заявитель Государственный научно-исследовательский институт машиноведения

6

I

1

I !

i (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ (2) Изобретение относится к области электрофизических методов обработки, в частности к ультразвуковому резанию твердых, хрупких материалов.

Известен способ ультразвуковой обработки, при котором учитывают влияние на работу акустического узла ультразвукового станка присоединенной массы инструмента, связанного с концентратором, возоуждаемым от впбратора (1).

В известном способе акустическую систему вибратор — концентратор — инструмент настраивают на резонанс, добиваясь максимума амплитуды колебаний инструмента на холостом ходу.

Однако при этом способе ультразвуковой обработки взаимодействие инструмента с изделием в процессе резания приводит к расстройке акустического узла и уменьшению амплитуды колебаний инструмента. Поддержание необходимой рабочей амплитуды требует увеличения мощности вибратора.

Для достижения компенсации рассогласования акустического узла при увеличении усилия подачи, концентратор предварительно настраивают на резонансную частоту вибратора на холостом ходу, а массу присоединяемого к концентратору инструмента определяют из условия т=2Ра-1то —, где Р— номинальное усилие подачи; а — резонансная амплитуда концентратора на холостом ходу; то — круговая резонансная частота вибратора.

Предлагаемый способ обработки основан на том, что повышение резонансной частоты акустического узла, обусловленное реакцией обрабатываемого изделия, полностью компенсируется соответствующим подбором присоединенной к концентратору массы инструмента.

Пусть концентратор, несущий на одном конце инструмент массы т, другим своим концом связан с электроакустическим вибратором.

Инструмент взаимодействует с обрабатываемой деталью.

Суммарная сила F, действующая при этом

15 на концентратор со стороны инструмента и детали, равна сумме упругой и инерционных сил, т. е.

Р = К(а)х+ тх, (1) где /((а) — эквивалентная упругость, создаваемая изделием при колебаниях инструмента с амплитудой а; х; х — перемещение и ускорение инструмента соответственно.

25 Величина эквивалентной упругости определяется известным Выра ке1111ем

К(а) = 2Ра — .

С учетом уравнения (2), а также того, что ин30 струмент колеблется по гармоническому закс 546390 ну Х=асовсо1 выражение для силы F можно представить в виде

Р= (2Ра- — т )х. (3)

Приравнивая выражение (3) нулю, находим условие, при котором на концентратор не оказывает влияния присоединенный инструмент.

Это имеет место в случаях, когда масса инструмента равна: т = 2Ра — а- . (4) Таким образом, при выполнении равенства (4) колебания концентратора под нагрузкой происходят точно также, как и на холостом ходу, т. е. происходит полная взаимная компенсация рассогласования, вызываемого присоединением к концентратору инструмента и влиянием обрабатываемой детали.

При реализации способа вывод системы на рабочий режим следует осуществлять, увеличивая усилие подачи при поджиме инструмента к изделию до получения максимальной амплитуды. При этом резонансная настройка реализуется именно в рабочем режиме. Данный способ ультразвуковой обработки допускает использование концентратора любого типа.

Сравнительная оценка известного и предлагаемого способов ультразвуковой обработки дается с помощью графиков, На фиг. 1 приведены амплитудно-частотные характеристики колебательной системы, выполненной в соответствии с известным способом обработки. Здесь параметры концентратора и инструмента подобраны так, чтобы получить максимум амплитуды в режиме холостого хода (кривая 1). В рабочем режиме при действии усилия подачи резонансная частота смещается в область более высоких частот (кривая 2), что приводит к уменьшению амплитуды колебаний инструмента на рабочей частоте fo. Большие усилия подачи вызывают нелинейные искажения резонансной кривой (кривая 3). При этом на частоте fp вообще не происходит отрыва инструмента от изделия.

На фиг. 2 показаны график изменения амплитуды в зависимости от усилия подачи.

В предлагаемом способе ультразвуковой ооработки собственная частота концентратора выбирается равной рабочей частоте fo. Присоединение к такому концентратору инструмента смещает резонансную частоту системы в область более низких частот на величину Af (кривая 1 на фиг. 3). При этом на холостом ходу амплитуда колебаний малаи соответствует точке а (на кривой 1) . По мере увеличения усилия подачи резонансная частота системы смещается в направлении рабочей частоты fo, а амплитуда колебаний инструмента возрастает от значения, соответствующего точке а, до

<0 значения в и с на резонансных кривых 2 и 3.

На фиг. 4 показана зависимость амплитуды колебаний инструмента от усилия подачи для системы, выполненной по предлагаемому способу. В этом случае с увеличением усилия

15 подачи амплитуда возрастает, достигая максимума при значении:

P = 2-,. mfoap (5) где fo — рабочая частота; ао — амплитуда со20 гласованного на холостом ходу концентратора.

Использование изобретения позволит реализовать резонансную настройку волноводной системы в рабочем режиме, что обеспечит достижение необходимых амплитуд инструмента

25 без увеличения потребляемой мощности вибратор а.

Формула изобретения

50 Способ ультразвуковой обработки, при котором учитывают влияние на работу акустического узла ультразвукового станка присоединенной массы инструмента, связанного с концентратором, возбуждаемым от вибратора, З5 отличающийся тем, что, с целью компенсации рассогласования акустического узла при увеличении усилия подачи, концентратор предварительно настраивают на резонансную частоту вибратора на холостом ходу., а массу

40 присоединяемого к концентратору инструмента определяют из условия т=2Ра †ивЂ, где

P — номинальное усилие подачи; а — резонансная амплитуда концентратора на холостом ходу; о — круговая резонансная частота

45 вибратора.

Источник информации, принятый во внимание при проведении экспертизы:

1. Л. Д. Розенберг и др. Монография «Ультразвуковое резание», АН СССР, М., 1962, 50 стр. 206.

546390 о

Фиг / фе/а Ф

Фиг. 8

Составитель Ф. Бронин

Редактор P. Афанасьева Техред Л. Котова Корректор Л. Брахнина

Заказ 341/8 Изд. № 181 Тираж 709 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2