一種單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種無(wú)心磨削裝置，尤其是涉及一種利用單電信號(hào)激勵(lì)產(chǎn)生超聲橢圓振動(dòng)的結(jié)構(gòu)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)無(wú)心磨削加工導(dǎo)輪的無(wú)心磨削裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，如圖1所示，通常無(wú)心磨削在進(jìn)行外圓磨削時(shí)，工件放在主砂輪與導(dǎo)輪之間，由其下方的托板支承，并由導(dǎo)輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在傳統(tǒng)無(wú)心磨削技術(shù)中，為獲得理想的形狀公差、表面精度和較高的加工效率，無(wú)心磨床必須具備高剛性、相對(duì)較大的砂輪及導(dǎo)輪，并要對(duì)導(dǎo)輪的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確控制。工件加工精度依賴(lài)于導(dǎo)輪的圓度及其旋轉(zhuǎn)精度，高精度的修整技術(shù)及高旋轉(zhuǎn)精度的主軸對(duì)于導(dǎo)輪來(lái)說(shuō)必不可少，因此在無(wú)心磨床上需要安裝附加的旋轉(zhuǎn)控制部件及修整裝置等。由于結(jié)構(gòu)的局限，傳統(tǒng)無(wú)心磨削設(shè)備不適合于直徑小于2_的微細(xì)零件的加工。
[0003]為了解決傳統(tǒng)無(wú)心磨削設(shè)備存在的問(wèn)題，公開(kāi)號(hào)為CN103231287A的發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種無(wú)心磨削裝置及其應(yīng)用原理，其采用四塊壓電陶瓷分為兩組粘接在彈性金屬板上，以驅(qū)動(dòng)彈性金屬板前端粘接的摩擦片進(jìn)行超聲橢圓，并代替?zhèn)鹘y(tǒng)無(wú)心磨削設(shè)備的導(dǎo)輪，該裝置方法能有效避免由導(dǎo)輪造成的圓度誤差及導(dǎo)輪主軸造成的旋轉(zhuǎn)誤差，有效提高工件旋轉(zhuǎn)精度，和保證磨削質(zhì)量，但是裝置中的橢圓振動(dòng)需要采用兩組壓電陶瓷片來(lái)激發(fā)產(chǎn)生具有一定相位差的振動(dòng)模態(tài)，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)，且需要控制各路超聲驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)之間的相位差，超聲振動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大、控制難度高、生產(chǎn)成本高、不易實(shí)現(xiàn)微型化、工作性能不夠穩(wěn)定，這些問(wèn)題制約了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供了一種新型的單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削裝置，目的是為了克服現(xiàn)有超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削裝置中存在的不足、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低裝置成本、降低裝置控制難度、提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。
[0005]一種單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削裝置，包括主砂輪、用于支撐工件的托板、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的摩擦片、聯(lián)接在殼體單元下方的絲杠套、在絲杠套內(nèi)設(shè)置的滾珠絲杠、設(shè)置于絲杠套下方的直線(xiàn)導(dǎo)軌、與滾珠絲杠同軸聯(lián)接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和設(shè)置于直線(xiàn)導(dǎo)軌下方的底座。所述的殼體單元包括前擋板、套筒和后擋板；所述的超聲振動(dòng)換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設(shè)置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤(pán)，后蓋板和前蓋板通過(guò)螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊，構(gòu)成了超聲振動(dòng)換能器的能量轉(zhuǎn)換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)換能器的縱向超聲振動(dòng)。所述超聲振動(dòng)換能器的電極片通過(guò)電纜與超聲波電源相連接，所述的與滾珠絲杠同軸聯(lián)接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接在絲杠套上方殼體單元內(nèi)的單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行左右移動(dòng)。
[0006]所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在前蓋板的前端，橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與前蓋板制作成一個(gè)整體，或者將橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器焊接設(shè)置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器通過(guò)螺釘聯(lián)接設(shè)置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器整體為圓柱形，上下兩側(cè)開(kāi)設(shè)有三個(gè)錯(cuò)位分布的矩形缺口 ；在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與超聲振動(dòng)換能器前蓋板的聯(lián)接處設(shè)有過(guò)渡圓弧。
[0007]橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在超聲振動(dòng)換能器前端后構(gòu)成的組合件稱(chēng)為單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器，在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器上下兩側(cè)開(kāi)設(shè)矩形缺口的目的是為了改變單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的振動(dòng)模態(tài)，使其縱向振動(dòng)模態(tài)頻率和彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率接近或相等。
[0008]摩擦片通過(guò)焊接、聯(lián)接螺釘或壓板機(jī)構(gòu)聯(lián)接設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端；當(dāng)超聲振動(dòng)能量從超聲振動(dòng)換能器傳遞到橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)；并驅(qū)動(dòng)摩擦片和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動(dòng)。
[0009]超聲振動(dòng)換能器置于殼體單元內(nèi)，超聲振動(dòng)換能器的法蘭盤(pán)設(shè)置于套筒的上凹止口內(nèi)，前擋板設(shè)置在法蘭盤(pán)的另一側(cè)，對(duì)整個(gè)超聲振動(dòng)換能器起固定作用，后擋板設(shè)置在套筒沒(méi)有止口的另一端，防止灰塵、鐵肩等雜物進(jìn)入到殼體單元內(nèi)，影響超聲振動(dòng)換能器工作性能；相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削裝置，該單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易、成本低、結(jié)構(gòu)剛度大、控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單和振動(dòng)磨削性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]更進(jìn)一步，所述的超聲振動(dòng)換能器只有一組縱向振動(dòng)壓電陶瓷片。
[0011 ] 更進(jìn)一步，所述的超聲振動(dòng)換能器只需要一路超聲電信號(hào)激勵(lì)。
[0012]更進(jìn)一步，所述的超聲振動(dòng)換能器的工作頻率范圍為18kHz-40kHz。
[0013]本實(shí)用新型采用了機(jī)械振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)理把超聲振動(dòng)換能器的縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和振動(dòng)頭的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，簡(jiǎn)化了單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，大大降低了振動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了制造、裝配難度和生產(chǎn)成本；另外該實(shí)用新型僅需要一路控制電路及超聲電源進(jìn)行激勵(lì)，控制難度低，避免了兩相或多相超聲振動(dòng)復(fù)合形成橢圓振動(dòng)換能器的復(fù)雜超聲電源開(kāi)發(fā)費(fèi)用，簡(jiǎn)化了控制電路及超聲電源結(jié)構(gòu)，降低了控制電路及超聲電源成本，易于實(shí)現(xiàn)控制電路及超聲電源的集成化，提高了系統(tǒng)工作可靠性，該裝置能有效避免由導(dǎo)輪造成的圓度誤差及導(dǎo)輪主軸造成的旋轉(zhuǎn)誤差，提高工件旋轉(zhuǎn)精度，保證磨削質(zhì)量，工作性能穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣闊。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖。
[0016]圖3是現(xiàn)有普通無(wú)心磨削裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本實(shí)用新型中單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的前視圖。
[0018]圖5是本實(shí)用新型中單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的俯視圖。
[0019]圖6是本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)例示意圖。
[0020]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1.螺栓，2.后蓋板，3.壓電陶瓷片，4.電極片，5.前蓋板，6.法蘭盤(pán)，7.橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器，8.摩擦片，9.前擋板，10.工件，11.套筒，12.后擋板，13.主砂輪，14.托板，15.絲杠套，16.滾珠絲杠，17.直線(xiàn)導(dǎo)軌，18.底座，19.驅(qū)動(dòng)電機(jī)，20.超聲電源，21.導(dǎo)輪，22.矩形缺口。
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合圖1~5所示，一種單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)無(wú)心磨削裝置，包括主砂輪13、用于支撐工件10的托板14、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7、設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7前端的摩擦片8、聯(lián)接在殼體單元下方的絲杠套15、在絲杠套15內(nèi)設(shè)置的滾珠絲杠16、設(shè)置于絲杠套15下方的直線(xiàn)導(dǎo)軌17、與滾珠絲杠16同軸聯(lián)接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)19和設(shè)置于直線(xiàn)導(dǎo)軌17下方的底座18。所述的殼體單元包括前擋板
9、套筒11和后擋板12 ;所述的超聲振動(dòng)換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓I及依次套設(shè)在螺栓I上的后蓋板2、壓電陶瓷片3、電極片4和前蓋板5，前蓋板5上設(shè)置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤(pán)6，后蓋板2和前蓋板5通過(guò)螺栓I將后蓋板2、壓電陶瓷片3、電極片4和前蓋板5聯(lián)接壓緊，構(gòu)成了超聲振動(dòng)換能器的能量轉(zhuǎn)換