本发明公开了一种超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，包括第一连接件和振动变幅杆；所述第一连接件设置有截面为多边形的内腔；所述振动变幅杆插装在内腔中，所述振动变幅杆包括按顺序依次设置的配合定位段、第一致动器安装段、第二连接件安装段、第二致动器安装段、第三连接件安装段以及刀具齿轮安装段。本系统和运用该系统的方法可实现了轴向、弯曲和扭转的多种耦合振动，提高了材料的切除效率、刀具的寿命和工件的表面质量，同步实现齿轮的粗、精加工，且超声振动会产生超声空化作用，使得切削液能够更加深入的渗透到其接触处，进一步降低工件与刀具接触区域的温度，提高工件表面质量及刀具使用寿命。
1.一种超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，其特征在于：包括第一连接件(1)和振动变幅杆(2)，所述第一连接件(1)设置有截面为多边形的内腔(11)；
所述振动变幅杆(2)插装在内腔(11)中，所述振动变幅杆(2)包括按顺序依次设置的配合定位段(21)、第一致动器安装段(22)、第二连接件安装段(23)、第二致动器安装段(24)、第三连接件安装段(25)以及刀具齿轮安装段(26)；
所述配合定位段(21)和刀具齿轮安装段(26)位于振动变幅杆(2)两端，所述配合定位段(21)与内腔(11)底部配合相连，所述刀具齿轮安装段(26)用于安装刀具齿轮(3)；
所述第一致动器安装段(22)安装有一对位置相对的第一压电致动器(4)，所述第二连接件安装段(23)与内腔(11)内壁之间安装有第二连接件(5)，所述第二连接件(5)截面的外圈为与内腔(11)匹配的多边形，所述第二连接件(5)截面内圈和第二连接件安装段(23)截面为相互匹配的多边形，所述第二连接件(5)与第一连接件(1)固定连接；
所述第二致动器安装段(24)安装有一对第二压电致动器(6)，两个所述第一压电致动器(4)与两个第二压电致动器(6)十字交叉设置；所述第三连接件安装段(25)设置有第一凹槽(251)，所述第一凹槽(251)与内腔(11)内壁之间安装有第三连接件(7)，所述第三连接件(7)与第一连接件(1)固定连接，所述第三连接件(7)截面的外圈为与内腔(11)匹配的多边形，所述第三连接件(7)截面内圈为圆形，所述第三连接件安装段(25)设置有绕轴线均匀分布且斜向设置的凹槽孔(252)；
所述第一压电致动器(4)和第二压电致动器(6)分别与超声波发生器连接。
2.根据权利要求1所述的超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，其特征在于：所述内腔(11)截面为正六边形，所述第二连接件(5)截面内圈和第二连接件安装段(23)截面为正八边形，所述第二连接件(5)与第一连接件(1)设置有相应的螺栓孔以通过螺栓连接固定并预紧，所述第二连接件(5)与第二连接件安装段(23)之间安装有适配的第一垫圈(8)，所述第二连接件(5)设置有断开处，所述断开处安装有第二垫片(9)，所述第二垫片(9)一端与第一垫圈(8)接触，另一端与第一连接件(1)接触。
3.根据权利要求1所述的超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，其特征在于：所述凹槽孔(252)设置有两组，每组凹槽孔(252)设置有四个且绕轴线均匀分布，所述第一凹槽(251)和第三连接件(7)对应设置有两个且沿轴线间隔设置。
4.根据权利要求1所述的超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，其特征在于：所述内腔(11)底部设置有圆形凹槽，圆形凹槽处安装有第三垫片(12)，所述第三垫片(12)外端设置有圆锥形凹槽，所述配合定位段(21)与圆锥形凹槽匹配并插入安装在圆锥形凹槽内。
5.根据权利要求1所述的超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，其特征在于：所述第二连接件安装段(23)和第二致动器安装段(24)组成一个阶梯轴，第一致动器安装段(22)到第二致动器安装段(24)直径依次减小，所述第二压电致动器(6)外圈设置有卡簧(61)，所述卡簧(61)靠近第二连接件安装段(23)的外周设置有台阶，所述台阶与第二连接件安装段(23)组成能匹配安装第二连接件(5)的第二凹槽。
6.根据权利要求3所述的超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，其特征在于：所述振动变幅杆(2)的振型节点与第二连接件(5)和两个第三连接件(7)的位置重合。
7.根据权利要求1所述的超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，其特征在于：所述第二致动器安装段(24)到第三连接件安装段(25)之间依次设置有延伸段(27)和中间轴段(28)，所述中间轴段(28)在整个振动变幅杆(2)中直径最大，所述第三连接件安装段(25)和刀具齿轮安装段(26)之间设置有连接段(29)，所述连接段(29)外圈延伸曲线为高斯曲线且从第三连接件安装段(25)到刀具齿轮安装段(26)直径逐渐变小。
8.基于权利要求1至7任一项所述超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统的使用方法，其步骤如下：
步骤一、将所述超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统装配于插齿加工机床，即将第一连接件(1)与插齿机床的刀具工作台固定连接，使振动变幅杆(2)能够随着刀具工作台运动，根据插齿加工不同齿形的圆柱齿轮，选择不同的振动类型辅助加工；
步骤二、将刀具齿轮(3)固定安装在振动变幅杆(2)的末端，使刀具齿轮(3)能够随振动变幅杆(2)共同振动；
步骤三、控制刀具工作台运动的同时启动超声波发生器，驱动第一压电致动器(4)或/和第二压电致动器(6)工作，使振动变幅杆进行相应的振动，振动变幅杆(2)将该振动放大后传递至刀具齿轮(3)，使刀具齿轮(3)与工件在一个振动周期内实现部分时间加工与部分时间非加工的循坏周期。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：所述步骤三中，刀具齿轮(3)与工件先以较低的切削速度进行加工，以保障完全实现了在一个振动周期内的加工和非加工循坏过程，待完全进入切削状态后，再提高拉削速度和/或增加刀具与工件间切削深度，实现高效率加工。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：所述步骤一中的振动类型分为三种，具体分为超声轴向-扭转耦合振动、超声弯曲-扭转耦合振动和超声轴向-弯曲-扭转耦合振动。
一种超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及齿轮加工领域，特别是涉及一种超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统及方法。
背景技术
[0002] 目前，在圆柱齿轮中，由于圆柱齿轮依据齿形的不一样，分为直齿圆柱齿轮、斜齿轮、螺栓齿轮及双曲线齿轮，其齿形分别为直线，斜线，螺旋曲线，双曲线，刀具与工件的相对运动为一维和二维。插齿加工作为加工齿轮的一种有效方法，如图5所示，插齿加工时，刀具齿轮A上下进给对工件齿轮B进行加工，插齿加工后的齿轮通常需要磨、研或珩等精加工工艺，以提高其表面质量，满足复杂工况下的使用要求。为此，现有技术常使用超声振动辅助齿轮加工，使加工过程中的切削力更小，刀具磨损更低，工件表面质量更好，更高的切除效率等优势，现有的插齿加工研究主要集中在一维超声纵向振动辅助插齿加工中，但由于插齿刀的高度均难以实现在一个超声周期内刀具与工件的完全非接触周期的循坏。在轴向及水平方向的二维超声振动辅助振动加工时，本来运动应该如图6所示，但是由于超声振动幅值、超声振动引起的弯曲变形以及插齿加工中切削力引起的弯曲变形等因素，会造成会如图7所示的几何干涉。
发明内容
[0003] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种高效率、加工工件表面质量更好的超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，包括第一连接件和振动变幅杆；所述第一连接件设置有截面为多边形的内腔；所述振动变幅杆插装在内腔中，所述振动变幅杆包括按顺序依次设置的配合定位段、第一致动器安装段、第二连接件安装段、第二致动器安装段、第三连接件安装段以及刀具齿轮安装段，所述配合定位段和刀具齿轮安装段位于振动变幅杆两端，所述配合定位段与内腔底部配合相连，所述第一致动器安装段安装有一对位置相对的第一压电致动器，所述第二连接件安装段与内腔内壁之间安装有第二连接件，所述第二连接件截面的外圈为与内腔匹配的多边形，所述第二连接件截面内圈和第二连接件安装段截面为相互匹配的多边形，所述第二连接件与第一连接件固定连接，所述第二致动器安装段安装有一对第二压电致动器，两个所述第一压电致动器与两个第二压电致动器十字交叉设置，所述第三连接件安装段设置有第一凹槽，所述第一凹槽与内腔内壁之间安装有第三连接件，所述第三连接件与第一连接件固定连接，所述第三连接件截面的外圈为与内腔匹配的多边形，所述第三连接件截面内圈为圆形，所述第三连接件安装段设置有绕轴线均匀分布且斜向设置的凹槽孔，所述刀具齿轮安装段用于安装刀具齿轮，所述第一压电致动器和第二压电致动器分别与超声波发生器连接。
[0005] 进一步，所述内腔截面为正六边形，所述第二连接件截面内圈和第二连接件安装段截面为正八边形。所述第二连接件与第一连接件设置有相应的螺栓孔以通过螺栓连接固定并预紧，所述第二连接件与第二连接件安装段之间安装有适配的第一垫圈，所述第二连接件设置有断开处，所述断开处安装有第二垫片，所述第二垫片一端与第一垫圈接触，另一端与第一连接件接触。
[0006] 进一步，所述凹槽孔设置有两组，每组凹槽孔设置有四个且绕轴线均匀分布。所述第一凹槽和第三连接件对应设置有两个且沿轴线间隔设置。
[0007] 进一步，所述内腔底部设置有圆形凹槽，圆形凹槽处安装有第三垫片，所述第三垫片外端设置有圆锥形凹槽，所述配合定位段与圆锥形凹槽匹配并插入安装在圆锥形凹槽内。
[0008] 进一步，所述第二连接件安装段和第二致动器安装段组成一个阶梯轴，第一致动器安装段到第二致动器安装段直径依次减小，所述第二压电致动器外圈设置有卡簧，所述卡簧靠近第二连接件安装段的外周设置有台阶，所述台阶与第二连接件安装段组成能匹配安装第二连接件的第二凹槽。
[0009] 进一步，所述振动变幅杆的振型节点与第二连接件和两个第三连接件的位置重合。
[0010] 进一步，所述第二致动器安装段到第三连接件安装段之间依次设置有延伸段和中间轴段，所述中间轴段在整个振动变幅杆中直径最大。所述第三连接件安装段和刀具齿轮安装段之间设置有连接段，所述连接段外圈延伸曲线为高斯曲线且从第三连接件安装段到刀具齿轮安装段直径逐渐变小。
[0011] 本发明还提供一种基于上述超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统的方法，其步骤如下：
[0012] 步骤一、将所述超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统装配于插齿加工机床，即将第一连接件与插齿机床的刀具工作台固定连接，使振动变幅杆能够随着刀具工作台运动，根据插齿加工不同齿形的圆柱齿轮，选择不同的振动类型辅助加工；
[0013] 步骤二、将刀具齿轮固定安装在振动变幅杆的末端，使刀具齿轮能够随振动变幅杆共同振动；
[0014] 步骤三、控制刀具工作台运动的同时启动超声波发生器，驱动第一压电致动器或/和第二压电致动器工作，使振动变幅杆进行相应的振动，振动变幅杆将该振动放大后传递至刀具齿轮，使刀具齿轮与工件在一个振动周期内实现部分时间加工与部分时间非加工的循坏周期。
[0015] 进一步，所述步骤三中，刀具齿轮与工件先以较低的切削速度进行加工，以保障完全实现了在一个振动周期内的加工和非加工循坏过程，待完全进入切削状态后，再提高拉削速度和/或增加刀具与工件间切削深度，实现高效率加工。
[0016] 进一步，所述步骤一中的振动类型分为三种，具体分为超声轴向-扭转耦合振动、超声弯曲-扭转耦合振动和超声轴向-弯曲-扭转耦合振动。
[0017] 本发明的有益效果是：第二压电致动器产生轴向谐振振动，第一压电致动器产生谐振弯曲振动，且由于凹槽孔的存在，使得振动变幅杆产生扭转非谐振的振动，实现了轴向、弯曲和扭转的多种耦合振动，提高了材料的切除效率、刀具的寿命和工件的表面质量，同步实现齿轮的粗、精加工，且超声振动会产生超声空化作用，使得切削液能够更加深入的渗透到其接触处，进一步降低工件与刀具接触区域的温度，提高工件表面质量及刀具使用寿命，再加上振动变幅杆的弯曲刚度足够，减少拉刀的横向振动，减少了横向振动会引起刀具偏离预定的路径，避免几何干涉，避免了当刀具从未切落的材料上退回时刀具撞到工件的可能性。
附图说明
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019] 图1是本发明安装结构剖视图；
[0020] 图2是振动变幅杆的结构示意图；
[0021] 图3是第一连接件、第二连接件和振动变幅杆的连接示意图；
[0022] 图4是第三垫片的结构示意图；
[0023] 图5是插齿加工示意图；
[0024] 图6是超声辅助振动非加工周期示意图；
[0025] 图7是超声辅助振动非加工周期干涉示意图；
[0026] 图8是振动变幅杆扭转非谐振振动产生原理示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0028] 参照图1至图8，本发明的一种超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统，包括第一连接件1和振动变幅杆2。第一连接件1材质为高锰钢，其外圈为正六面体或圆柱体，第一连接件1与机床刀具工作台连接，其外圈形状以及连接方式随着机床刀具工作台不同而不一样，机床刀具工作台的进给和移动带动振动变幅杆2上的刀具齿轮3对工件进行加工。所述第一连接件1设置有内腔11，内腔11沿其外圈轴线延伸。振动变幅杆2插装在内腔11内，其轴线与第一连接件1外圈或内腔11的轴线重合。内腔11的截面为多边形，用于传递和承受扭转力矩，优选地，内腔11截面为正六边形，当外界条件一定时可以保持其刚性最大。
[0029] 所述振动变幅杆2的材料采用钛合金，工作频率内材料损耗少，抗疲劳强度高，声阻抗率小，可以承受较大的振动速度和位移振幅。阶梯形状的振动变幅杆2在截面突变处有很大的应力集中，接近突变处容易发生因疲劳而断裂的问题，故在突变处采用高斯曲线及圆弧、锥线过渡，能够降低应力集中值，同时使得振动变幅杆2的实际谐振频率接近理论值。
[0030] 振动变幅杆2包括按顺序依次设置的配合定位段21、第一致动器安装段22、第二连接件安装段23、第二致动器安装段24、第三连接件安装段25以及刀具齿轮安装段26。第一致动器安装段22、第二致动器安装段24、第三连接件安装段25以及刀具齿轮安装段26均呈圆柱状。所述配合定位段21和刀具齿轮安装段26位于振动变幅杆2两端，刀具齿轮安装段26用于安装刀具齿轮3，刀具齿轮3安装在刀具齿轮安装段26的外端处，且刀具齿轮3安装处为振动变幅杆的振幅最大处。所述配合定位段1与内腔11底部配合相连，优选地，所述内腔11底部设置有圆形凹槽，圆形凹槽处安装有第三垫片12，所述第三垫片12外端设置有圆锥形凹槽，所述配合定位段21为圆锥体且与圆锥形凹槽匹配，圆锥的锥度为1:12，配合定位段21插入安装在圆锥形凹槽内，配合定位段21和第三垫片12用于传递和承受轴向载荷，第三垫片材料为玻璃纤维与PET按照夹心层结构复合而成，中间为PET，内外为玻璃纤维。
[0031] 所述第一致动器安装段22具体为圆柱体，第一致动器安装段22安装有一对位置相对的第一压电致动器4，两个第一压电致动器4设置在靠近第二连接件安装段23的端部处且在Z向上间隔设置，第一压电致动器4通过螺栓连接在第一致动器安装段22，第一压电致动器4用于实现振动变幅杆的谐振弯曲振动。
[0032] 所述第二连接件安装段23与内腔11内壁之间安装有第二连接件5，所述第二连接件5截面的外圈为与内腔11匹配的多边形，所述第二连接件5截面内圈和第二连接件安装段23截面为相互匹配的多边形，截面为非圆形，可传递扭矩。所述第二连接件5与第一连接件1固定连接，优选地，所述第二连接件5截面内圈和第二连接件安装段23截面为正八边形，第二连接件5的截面外圈为正六边形。进一步，第二连接件和第一连接件1的连接方式优选为，所述第二连接件5与第一连接件1设置有相应的螺栓孔以通过螺栓连接固定并预紧，螺栓具体设置有三个，第二连接件5的螺栓孔为盲孔，所述第二连接件5与第二连接件安装段23之间安装有适配的第一垫圈8。第一垫圈8截面为正八边形，其由玻璃纤维与PET按照夹心层结构复合而成，中间为PET，内外为玻璃纤维，具有高弹性模量且具有一定的润滑作用，在振动变幅杆反复扭转的过程中，不易产生疲劳破坏。
[0033] 所述第二连接件5设置有断开处，所述断开处安装有第二垫片9，所述第二垫片9一端与第一垫圈8接触，另一端与第一连接件1接触，具体地，如图4所示，所述第二垫片9截面形状由两个直角折形块朝向相反拼接而成，且拼接处具有一定的圆弧R和角度C。这样当螺栓提供向中心压紧力的时候，保持各个部件间的紧密连接。且第二垫片9具有阻尼性质，能够隔振，即将振动变幅杆的振动与机床工作台隔离，同样的，防止机床刀具移动台的振动干扰振动变幅杆的振动。
[0034] 所述第二致动器安装段24安装有一对第二压电致动器6，第二压电致动器6在X向上间隔设置，第二压电致动器6用于实现振动变幅杆的轴向谐振的振动，两个所述第一压电致动器4与两个第二压电致动器6十字交叉设置，且交叉点在轴线上。优选地，所述第二连接件安装段23和第二致动器安装段24组成一个阶梯轴，第一致动器安装段22到第二致动器安装段24直径依次减小，第二致动器安装段24在X向上间隔设置有一对用于安装第二压电致动器6并与之匹配的安装凹槽，第二压电致动器6安装入安装凹槽后，其外圈设置有卡簧61夹紧固定，所述卡簧61靠近第二连接件安装段23的外周设置有台阶，所述台阶面呈正六面体并与第二连接件安装段23组成能匹配安装第二连接件5的第二凹槽，这样第二连接件5有一部分安装在卡簧61的台阶上，相当于对卡簧61有夹紧固定的作用，使得第二压电致动器6固定更加稳固，而卡簧61的台阶又对第二连接件5具有限位作用。
[0035] 所述第三连接件安装段25设置有第一凹槽251，所述第一凹槽251与内腔11内壁之间安装有第三连接件7，所述第三连接件7与第一连接件1固定连接，所述第三连接件7截面的外圈为与内腔11匹配的多边形，即正六边形，第三连接件7与第一凹槽251之间设置有圆形垫圈。上述第二连接件5、第三连接件7、第一垫圈8、第二垫片9、圆形垫圈以及卡簧61均由高弹性模量的材料制成，通过变形卡装进振动变幅杆2上。
[0036] 所述第三连接件7截面内圈为圆形，优选地，所述第一凹槽251和第三连接件7对应设置有两个且沿轴线间隔设置。所述第三连接件安装段25设置有绕轴线均匀分布且斜向设置的凹槽孔252，所述凹槽孔252设置有两组，每组凹槽孔252设置有四个且绕轴线均匀分布。凹槽孔252长度与第三连接件安装段25的长度一致，凹槽孔252与轴线的夹角为30度。
[0037] 其中，所述振动变幅杆2的振型节点与第二连接件5和两个第三连接件7的位置重合，刀具齿轮3安装在振动变幅杆末端的弯曲振动幅值最大处。安装时，第二连接件5与其中一个第三连接件7旋转180°，两个第三连接件7之间角度差为180°，主要是尽可能的减少由于安装连接件造成的动不平衡质量。
[0038] 本实施例中，不同段的连接处均采用最佳的圆弧过渡，圆弧过渡的半径由连接处相邻两段横截面的尺寸及振动放大系数决定。为了刀具齿轮处的振动能达到良好的效果以及尽可能保证轴向振动的传递，所述第二致动器安装段24到第三连接件安装段25之间依次设置有延伸段27和中间轴段28，所述中间轴段28在整个振动变幅杆中直径最大，延伸段27和中间轴段28的长度具体根据实际需求进行调整。在承受交变力时，部分力将驱动振动变幅杆2做扭转运动，由于凹槽孔252结构，第三连接件安装段25的扭转刚度缩小到了延伸段27的扭转刚度的1/8以下，有助于产生扭转振动，同时轴向刚度也变小用于产生轴向振动。
[0039] 所述第三连接件安装段25和刀具齿轮安装段26之间设置有连接段29，所述连接段29外圈延伸曲线为高斯曲线且从第三连接件安装段25到刀具齿轮安装段26直径逐渐变小。
主要用于在将轴向振动与弯曲振动达到很高的振动速度，满足在高效的粗加工、精加工各类圆柱齿轮时的高振动速度要求，使其在一定振动周期内具有更快的振动速度，提高了工件表面质量，包括表面粗糙度及残余应力等。
[0040] 所述第一压电致动器4和第二压电致动器6分别与超声波发生器通过电线连接，振动频率信号的传递通过无线发射器与无线接收器传递，并由编码机构编码和解码，压电致动器具体为超声换能器，将超声波发生器产生的超声频电能转换成超声振动的机械能。本发明可以根据不同的加工需求选择三种振动类型的进行辅助加工，具体分为超声轴向-扭转耦合振动、超声弯曲-扭转耦合振动和超声轴向-弯曲-扭转耦合振动。超声轴向-弯曲-扭转耦合振动用于辅助加工双曲线齿形与螺旋齿形圆柱齿轮；超声轴向-扭转耦合振动用于辅助加工直齿形或斜齿形圆柱齿轮；超声弯曲-扭转耦合振动用于辅助加工进行圆柱齿轮修形加工；刀具齿轮3与工件间的相对运动轨迹决定加工圆柱齿轮的齿形。
[0041] 本文中X向为图1视角的上下方向，Y向为振动变幅杆2的轴线方向，Z向为与图1视角平面垂直的方向，X、Y、Z互相垂直。
[0042] 振动变幅杆在x向的一对第二压电致动器6的作用下，产生轴向振动，并通过第三连接件安装段25将轴向振幅值放大，及通过连接段29将振动速度放大，增加了轴向振动的速度和幅值，方向与切削速度在同一水平线上，产生的超声空化作用更加明显，切削液能够更加深入的渗透到其接触处，进一步降低工件与刀具接触区域的温度，提高工件表面质量及刀具使用寿命。
[0043] 振动变幅杆在z向布置的一对第一压电致动器4的作用下，产生弯曲振动振型，在刀尖上以x方向体现出来，即切削加工的切屑厚度方向。并经过第三连接件安装段25和连接段29的放大作用，在刀尖形成更快的x向振动速度与振幅。
[0044] 振动变幅杆在受到切削力时，由于切削过程的振动造成了切削厚度变化，导致了切削力的交替变化，第三连接件安装段25受到切削力后，由于凹槽孔252的作用，改变了切削力的传递路径，切削力会造成振动变幅杆2的扭转运动，交替改变的切削力造成了振动变幅杆2的反复扭转运动，实现了非谐振的扭转振动。力的传递路径具体如图8所示。此振动变幅杆2可用于超声振动辅助加工各类曲面中，也可以用于铣削加工中。
[0045] 超声振动会产生超声空化作用，即切削过程中刀具与材料接触处气压的改变，使的切削液能够更加深入的渗透到其接触处，进一步降低工件与刀具接触区域的温度，提高工件表面质量及刀具使用寿命。在z方向上，在一定的拉削加工速度下，以相对较低的z向振动速度进行加工有助于进一步提升在周期内加工与不加工周期的循坏。且由于振动变幅杆的特定结构(特定结构包括应力沿杆件均匀分布的高斯型结构)，获得了高位移振幅；再加上整体弯曲刚度足够，减少拉刀的横向振动，减少了横向振动会引起刀具偏离预定的路径，避免了当刀具从未切落的材料上退回时刀具撞到工件的可能性。
[0046] 本发明还提供一种基于上述超声振动辅助插齿加工圆柱类齿轮的系统的方法，其步骤如下：
[0047] 步骤一、将所述超声振动辅助高效插齿加工各种齿形圆柱齿轮系统装配于插齿加工机床，即将第一连接件1与插齿机床的刀具工作台固定连接，使振动变幅杆2能够随着刀具工作台运动，根据插齿加工不同齿形的圆柱齿轮，选择不同的振动类型辅助加工；振动类型分为三种，具体分为超声轴向-扭转耦合振动、超声弯曲-扭转耦合振动和超声轴向-弯曲-扭转耦合。
[0048] 步骤二、将刀具齿轮3固定安装在振动变幅杆2的末端，使刀具齿轮3能够随振动变幅杆2共同振动；
[0049] 步骤三、控制刀具工作台运动的同时启动超声波发生器，驱动第一压电致动器4或/和第二压电致动器6工作，使振动变幅杆进行相应的振动，振动变幅杆2将该振动放大后传递至刀具齿轮3，使刀具齿轮3与工件在一个振动周期内实现部分时间加工与部分时间非加工的循坏周期。
[0050] 所述步骤三中，刀具齿轮3与工件先以较低的切削速度进行加工，以保障完全实现了在一个振动周期内的加工和非加工循坏过程，待完全进入切削状态后，再提高拉削速度和/或增加刀具与工件间切削深度，实现高效率加工。
[0051] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
