超聲振動輔助磨削裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種平面磨削裝置，尤其是一種采用超聲振動輔助的平面磨削裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]
隨著機械、電子、信息、能源、航空航天、國防等領(lǐng)域高端裝備的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一大批性能要求越來越高的零部件。這些零部件對硬脆性材料、難加工材料和新型先進材料的需求日益增多，對關(guān)鍵零件的加工效率、加工質(zhì)量和加工精度提出了更高的要求。傳統(tǒng)加工方法是采用超精密磨削和單點金剛石切削，會產(chǎn)生較大的磨削力以及磨削熱，引起工件表面、亞表面損傷以及砂輪壽命低；嚴重制約著零件加工精度及加工效率，迫切需要新的磨削工藝來解決此類問題。超聲振動輔助磨削是解決此類問題的方法之一。
[0003]超聲加工又分為傳統(tǒng)意義上的超聲加工與超聲輔助加工。傳統(tǒng)的超聲加工是通過懸浮磨料的錘擊、磨蝕和撕扯以及磨料懸浮液的空化作用來對工件表面進行加工。它在加工硬脆材料方面具有一定的優(yōu)勢，但其工具磨損較大，且材料去除率并不高。而超聲輔助加工是在超聲加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種加工方式，它既利用了超聲加工技術(shù)的優(yōu)點又能減小工具的磨損提高材料去除率。
[0004]由于超聲振動輔助磨削加工是在傳統(tǒng)磨削過程中對砂輪或工件施加超聲振動，改變磨粒和工件的干涉過程，從而獲得更好的加工效果。高國富、趙波對改性氧化鋁陶瓷進行超聲振動輔助磨削形貌研究，表明加工表面上可以觀測到晶粒細化現(xiàn)象，幾乎沒有破碎發(fā)生，表明材料去除模式主要為塑性去除；與普通磨削的對比試驗，表面粗糙度降低30%_40%。山東大學(xué)的張洪麗研究了不同砂輪粒度、磨削深度、超聲振動輔加方式下工件加工表面的脆塑性顯微形貌特征，分析各磨削用量及不同超聲振動輔加方式對工件材料去除方式的影響。
[0005]如何實現(xiàn)硬脆性材料的高效率、高質(zhì)量、高精度加工是現(xiàn)代精密制造領(lǐng)域的技術(shù)難題，為解決這一難題，超聲振動磨削技術(shù)被引入到硬脆性材料的加工中。超聲振動輔助磨削技術(shù)各種類型如圖1所示，其中一維超聲輔助磨削技術(shù)可歸結(jié)為三類:(a)軸向振動磨削；(b)徑向振動磨削；(c)切向振動磨削。
[0006]目前針對超聲振動輔助磨削的研究，多為一維結(jié)構(gòu)，將超聲振動加在主軸上帶動刀具振動。這種方法對主軸改動較大，并且移植性差，所能加工的工件尺寸適應(yīng)范圍很小。為了克服和改進上述缺點，提出了本文所公開的新型超聲振動輔助磨削裝置。新型超聲振動輔助磨削裝置能夠輔助磨削金屬、脆硬性材料如陶瓷等，而且振子工作臺的三維通孔結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不同的夾具以及一定尺寸范圍內(nèi)的工件，且能有效改善工件加工表面質(zhì)量，降低磨削力，提高磨削質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是要提供一種超聲振動輔助磨削裝置，其目的是要提高硬脆性材料、難加工材料和新型先進材料的加工效率和加工質(zhì)量，對安裝在工作臺上的工件施加超聲振動，改變磨粒和工件的干涉過程，從而獲得更好的加工效果。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種超聲振動輔助磨削裝置，包括變幅桿、振子工作臺、滑塊、直線導(dǎo)軌、承載中板、測力儀、承載底板、支架，所述振子工作臺下面通過滑塊與直線導(dǎo)軌配合連接形成滾動接觸，所述直線導(dǎo)軌安裝在承載中板上，所述振子工作臺一側(cè)中部連接變幅桿，且變幅桿通過支架固定在承載底板上，所述承載中板固定連接在測力儀上，所述測力儀安裝在承載底板上。
[0009]所述振子工作臺與變幅桿通過雙頭螺釘水平連接，當超聲電源通電后，換能器產(chǎn)生20kHz的高頻振動，通過變幅桿，使振子工作臺及工件在直線導(dǎo)軌滑動方向上產(chǎn)生超聲振動，振動幅值在5um-20um之間。
[0010]所述振子工作臺為帶有三維通孔結(jié)構(gòu)的長方體板塊的振子工作臺，振子工作臺的三維通孔結(jié)構(gòu)上安裝各種樣式的夾具，用于方便各種尺寸工件的安裝。
[0011]所述振子工作臺側(cè)面的通孔為螺紋孔，振子工作臺通過螺紋孔連接配重螺栓來改變質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，從而改變振動效果適用于不同規(guī)格的工件。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，通過直線導(dǎo)軌增加在變幅桿方向上的振動自由度，并且振子工作臺的三維通孔結(jié)構(gòu)能夠強化振動效果，且能通過夾具來夾緊一定尺寸范圍內(nèi)的工件。振子工作臺側(cè)面孔可以改變?yōu)槁菁y孔增加配重螺栓來改變整個振子工作臺的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)，從而改變振子工作臺的固有頻率以及振動效果，從而適應(yīng)更大尺寸范圍的工件。
[0013]本振動裝置可以用于軸向與切向一維超聲振動磨削，經(jīng)過設(shè)計并測試分析后可以在所需特定頻率附近達到最佳振動效果，且能使夾持工件的部位振幅最大，從而能夠有效改善磨削效果，提高表面磨削質(zhì)量。
【附圖說明】
[0014]圖1為超聲振動輔助磨削方式示意圖，
其中:(a)為軸向振動磨削，(b)為徑向振動磨削，；(c)為切向振動磨削；
圖2為本發(fā)明的超聲振動輔助磨削裝置的結(jié)構(gòu)立體示意圖；
圖3為本發(fā)明的超聲振動輔助磨削裝置的結(jié)構(gòu)主視圖；
圖4為本發(fā)明的超聲振動輔助磨削裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
圖5為振子工作臺的結(jié)構(gòu)立體示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]如圖2至圖5所示，一種超聲振動輔助磨削裝置，包括變幅桿1、振子工作臺2、滑塊3、直線導(dǎo)軌4、承載中板5、測力儀6、承載底板7、支架8。
[0017]測力儀6通過螺栓固定在承載底板7與承載中板5之間。直線導(dǎo)軌4用螺栓固定在承載中板5之上。直線導(dǎo)軌4的兩組滑塊3與振子工作臺2連接，振子工作臺2可以在直線導(dǎo)軌4上微幅振動，振子工作臺2與變幅桿1通過雙頭螺釘水平連接。超聲電源通電后，換能器產(chǎn)生20kHz的高頻振動，通過變幅桿1，使振子工作臺2及工件在直線導(dǎo)軌4滑動方向上產(chǎn)生超聲振動，振動幅值在5um-20um之間。
[0018]振子工作臺2為帶有三維通孔結(jié)構(gòu)的長方體板塊，振子工作臺2 —側(cè)中部通過螺栓與1變幅桿安裝連接，振子工作臺2下側(cè)通過螺栓與滑塊3進行固連，滑塊3與直線導(dǎo)軌4通過配合連接形成滾動接觸，直線導(dǎo)軌4直接安裝于承載中板5上表面，測力儀6上表面通過螺栓與承載中板5進行連接，下表面通過螺栓固定于承載底板7。
[0019]超聲加工時，高頻電源驅(qū)動換能器，將電振蕩轉(zhuǎn)換為同一頻率、垂直于變幅桿1表面的超聲機械振動，其振幅較小，再經(jīng)變幅桿1放大一定程度，以驅(qū)動振子工作臺2端面作超聲振動。振子工作臺2再帶動工件進行超聲振動，于此同時砂輪對工件進行磨削。振子工作臺2的固有頻率可控制在一定范圍內(nèi)，從而使整體振動裝置的共振頻率控制在所需范圍內(nèi)，達到所預(yù)期的實驗?zāi)康?，提高工件表面磨削質(zhì)量。
[0020]振子工作臺的側(cè)面將光孔改變?yōu)槁菁y孔，通過螺紋連接增加配重螺栓，從而改變振子工作臺的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)，從而改變振動裝置的振動效果，從而適應(yīng)更大尺寸范圍的工件，零件加工范圍更大。
[0021]本發(fā)明的超聲振動輔助磨削裝置經(jīng)過多次試驗，處于超聲磨削狀態(tài)的工件的固有頻率以及振動幅度效果良好，接近預(yù)期目標，能夠有效改善工件表面磨削質(zhì)量，提高加工啊效率，適合在硬脆材料和難加工等材料的磨削領(lǐng)域推廣。
【主權(quán)項】
1.一種超聲振動輔助磨削裝置，包括變幅桿(1)、振子工作臺(2)、滑塊(3)、直線導(dǎo)軌(4)、承載中板(5)、測力儀(6)、承載底板(7)、支架(8)，其特征在于:所述振子工作臺(2)下面通過滑塊(3)與直線導(dǎo)軌(4)配合連接形成滾動接觸，所述直線導(dǎo)軌(4)安裝在承載中板(5 )上，所述振子工作臺(2 ) —側(cè)中部連接(1)變幅桿(1)，且變幅桿(1)通過支架(8 )固定在承載底板(7)上，所述承載中板(5)固定連接在測力儀(6)上，所述測力儀(6)安裝在承載底板(7)上。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲振動輔助磨削裝置，其特征在于:所述振子工作臺(2)與變幅桿(1)通過雙頭螺釘水平連接，當超聲電源通電后，換能器產(chǎn)生20kHz的高頻振動，通過變幅桿，使振子工作臺及工件在直線導(dǎo)軌滑動方向上產(chǎn)生超聲振動，振動幅值在5um-20um 之間。3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲振動輔助磨削裝置，其特征在于:所述振子工作臺(2)為帶有三維通孔結(jié)構(gòu)的長方體板塊的振子工作臺，振子工作臺(2)的三維通孔結(jié)構(gòu)上安裝各種樣式的夾具，用于方便各種尺寸工件的安裝。4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的超聲振動輔助磨削裝置，其特征在于:所述振子工作臺(2)側(cè)面的通孔為螺紋孔，振子工作臺(2 )通過螺紋孔連接配重螺栓來改變質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，從而改變振動效果適用于不同規(guī)格的工件。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲振動輔助磨削裝置，包括變幅桿、振子工作臺、滑塊、直線導(dǎo)軌、承載中板、測力儀、承載底板、支架，振子工作臺下面通過滑塊與直線導(dǎo)軌配合連接形成滾動接觸，所述直線導(dǎo)軌安裝在承載中板上，振子工作臺一側(cè)中部連接變幅桿，且變幅桿通過支架固定在承載底板上，承載中板固定連接在測力儀上,測力儀安裝在承載底板上。本裝置可以用于軸向與切向一維超聲振動磨削，經(jīng)過設(shè)計并測試分析后可以在所需特定頻率附近達到最佳振動效果，且能使夾持工件的部位振幅最大，從而能夠有效改善磨削效果，提高表面磨削質(zhì)量。
【IPC分類】B24B1/04, B24B41/00
【公開號】CN105382634
【申請?zhí)枴緾N201510856943
【發(fā)明人】李廈, 欒武, 鈔俊闖
【申請人】上海理工大學(xué)
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月30日