CN100491060C - 超声珩铰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声珩铰系统。在主轴箱体上设有电动机，电动机经联轴器与转动轴相接，转动轴另一端设有小皮带轮，小皮带轮经皮带与超声珩铰机构的大皮带轮相接，超声珩铰机构具有相连接的小套筒、压电换能器、超声聚能器、电镀金刚石工具、硬质合金铰刀相接，小套筒上端设有电极套，超声波发生器与电极套相接，在主轴箱体的箱盖上设有超声波发生器，转动轴与主轴箱体间设有转动轴承机构，超声珩铰机构与主轴箱体间设有珩铰轴承机构。本发明具有珩铰力小、珩铰温度低、加工效率高、表面质量好、尺寸一致性高、金刚石磨粒不易堵塞等优点。

Description

超声珩铰系统

技术领域

本发明涉及磨削加工领域，尤其涉及一种超声珩铰系统。

背景技术

珩铰是利用金刚石铰刀代替珩磨头上的油石，在珩磨机、镗床或专用机床上利用原有的工装、旋转运动和直线运动，实现以铰代珩，达到稳定的尺寸精度。珩铰只需一次往复运动即可完成加工。加工余量通常为0.01～0.08mm。

传统珩铰方法存在下述问题：

(1)加工效率低。

(2)表面质量差

(3)珩铰铜、铝、钛合金、低碳钢等韧性材料时，金刚石磨粒表面会被韧性材料磨屑堵塞和粘结，导致金刚石铰刀失效，破坏已加工表面质量。

(4)珩铰硬质合金、陶瓷、硅、淬火钢等硬脆材料时，金刚石磨料磨损加剧，易脱落，寿命低，效率低。

(5)珩铰薄壁管时，存在噪声大、管件扭曲变形、加工精度低等问题。

(6)珩铰力大，被加工件易变形。

(7)珩铰温度高。

(8)切削液不能进入金刚石磨粒加工区，难以有效发挥作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声珩铰系统。

超声珩铰系统在主轴箱体上设有电动机，电动机经联轴器与转动轴相接，转动轴另一端设有小带轮，小带轮经皮带与超声珩铰机构的大带轮相接，超声珩铰机构具有相连接的小套筒、压电换能器、超声聚能器、电镀金刚石工具、硬质合金铰刀相接，小套筒上端设有电极套，在主轴箱体的箱盖上设有超声波发生器，超声波发生器与电极套相接，转动轴与主轴箱体间设有转动轴承机构，超声珩铰机构与主轴箱体间设有珩铰轴承机构。

本发明具有珩铰力小、珩铰温度低、加工效率高、表面质量好、尺寸一致性高、金刚石磨粒不易堵塞等优点

附图说明

图1是超声珩铰系统结构示意图，图中：下毡封油圈1、螺钉2、第三轴承3、套筒4、销5、主轴6、对顶螺母7、螺钉8、观察孔盖9、紧固件10、挡板11、轴承12、螺钉13、大皮带轮14、键15、垫圈16、螺母17、小套筒18、螺钉19、电极套20、螺钉21、箱盖22、超声波发生器23、螺母24、垫圈25、键26、轴套27、小皮带轮28、皮带29、上轴承端盖30、上毡封油圈31、键32、第一轴承33、下轴承端盖34、下毡封油圈35、联轴器36、电动机37、转动轴38、主轴箱体39、轴承端盖40、压电换能器41、超声聚能器42、电镀金刚石工具43、硬质合金铰刀44、长螺钉45、紧固连接螺钉46；

图2(a)是超声珩铰系统的压电换能器结构示意图，图中：螺母47、后端盖48、压电陶瓷片49、电极50、前端盖51；

图2(b)是超声珩铰系统的压电换能器侧视图。

具体实施方式

如图1所示它是在主轴箱体39上设有电动机37，电动机经联轴器36与转动轴38相接，转动轴另一端设有小皮带轮28，小皮带轮28经皮带29与超声珩铰机构的大皮带轮14相接，超声珩铰机构具有相连接的小套筒18、压电换能器41、超声聚能器42、电镀金刚石工具43、硬质合金铰刀44相接，小套筒18上端设有电极套，在主轴箱体的箱盖22上设有超声波发生器23，超声波发生器23与电极套20相接，转动轴38与主轴箱体39间设有转动轴承机构，超声珩铰机构与主轴箱体39间设有珩铰轴承机构。

超声聚能器42为圆锥形金属件。转动轴承机构具有上轴承端盖30、上毡封油圈31、两第一轴承33、下毡封油圈35、下轴承端盖34。珩铰轴承机构具有第二轴承12、第三轴承3、下毡封油圈1、下轴承端盖。

如图2所示，压电换能器41具有依次相连接的螺母47、后端盖48、压电陶瓷片49、电极50、前端盖51。

珩铰工具由二部分构成：前端设有硬质合金铰刀44、后端设有电镀金刚石工具43。电动机37通过联轴器36带动转动轴38旋转，安装在转动轴38上的小带轮28通过皮带29带动大带轮14旋转，从而带动主轴6旋转。压电换能器41、超声聚能器42、电镀金刚石工具43和硬质合金铰刀44通过超声聚能器节点处的厚法兰盘和长螺钉46与主轴6联接在一起，超声聚能器节点处的厚法兰盘外圆设有长锥面，它与主轴6内孔的长锥面安装在一起，可以保证超声聚能器42、电镀金刚石工具43、硬质合金铰刀44与主轴6之间的同轴度。电镀金刚石工具43节点处不设金刚石磨粒。

本发明采用超声波发生器将220V或380V、50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号，压电换能器利用逆压电效应将超声波发生器输出的电振荡信号转换成超声频机械振动，超声聚能器将压电换能器的振动放大后传递给珩铰刀。超声珩铰机构通过设置在超声聚能器位移节点处的法兰盘固定在机床主轴上。

超声珩铰过程中，给珩铰刀施加一个超声频纵向振动，从而有效的解决传统珩铰方法中存在的问题。

超声珩铰装置有三个运动：

(1)旋转运动

(2)直线往复运动

(3)珩铰刀纵向超声频振动。

其中，旋转运动和直线往复运动速度由数控系统控制。

珩铰刀是在钢质基体上电镀金刚石磨粒制成的，然后修磨到需要的孔径尺寸。珩铰刀比珩铰头具有更多锋锐的切削刃，所以它比珩磨头短。由于刀体短，前后需要很好的导向。

珩铰余量不宜过大，应根据被加工零件孔径大小和金刚石粒度决定，一般不超过0.03mm。预加工孔的尺寸公差需严格控制，以避免金刚石层从珩铰刀基体上剥落。当加工余量大于0.03mm时，需在珩铰刀前面套装一把斜刃硬质合金铰刀，二者直径之差即为珩铰余量。

超声珩铰系统主要用于孔类零件的大批量生产，尤其适用于不便采用主动测量的小孔、间断孔、韧性材料、硬脆材料的高效精密加工。

为了保证加工质量和刀具耐用度，可通过珩铰刀上设置的螺旋槽加注冷却润滑液。

超声珩铰系统电镀金刚石工具和硬质合金铰刀直径为Φ5～Φ130mm，转速50～2000r/min，直线运动进给速度10～1000mm/min。

超声珩铰系统谐振频率f≥14.6kHz，工具振幅a＝12～100μm。

使用超声珩铰系统加工时，先用硬质合金铰刀切除大余量，再用电镀金刚石工具切除0.005～0.02mm的余量。为了保证超声珩铰时能均匀地去除加工余量，必须使超声珩铰系统电镀金刚石工具和硬质合金铰刀浮动，或工件浮动。

实施例：超声珩铰系统谐振频率f＝20.3kHz，振幅35μm，功率300W，工具直径Φ19、Φ21、Φ28mm，孔深35mm。加工材质：20钢、LY12铝合金、H62黄铜。加工余量0.01～0.03mm。主轴转速350～500rpm，进给速度1.3m/min。金刚石磨料：120#、280#。

切削液：机油

加工时间：1～2min

超声珩铰后表面光滑，加工精度满足产品要求。

Claims (6)

1.一种超声珩铰系统，其特征在于在主轴箱体(39)上设有电动机(37)，电动机经联轴器(36)与转动轴(38)相接，转动轴另一端设有小皮带轮(28)，小皮带轮(28)经皮带(29)与超声珩铰机构的大皮带轮(14)相接，超声珩铰机构具有相连接的小套筒(18)、压电换能器(41)、超声聚能器(42)、电镀金刚石工具(43)、硬质合金铰刀(44)相接，超声聚能器(42)节点处设有厚法兰盘，小套筒(18)上端设有电极套(20)，在主轴箱体的箱盖(22)上设有超声波发生器(23)，超声波发生器(23)与电极套(20)相接，转动轴(38)与主轴箱体(39)间设有转动轴承机构，超声珩铰机构与主轴箱体(39)间设有珩铰轴承机构。

2.根据权利要求1所述的一种超声珩铰系统，其特征在于所述的压电换能器(41)具有依次相连接的螺母(17)、后端盖(18)、压电陶瓷片(19)、电极(20)、前端盖(21)。

3.根据权利要求1所述的一种超声珩铰系统，其特征在于所述的、超声聚能器(42)为圆锥形金属件，超声聚能器节点处的厚法兰盘外圆设有长锥面，它与主轴6内孔的长锥面安装在一起。

4.根据权利要求1所述的一种超声珩铰系统，其特征在于所述的转动轴承机构具有上轴承端盖(30)、上毡封油圈(31)、两第一轴承(33)、下毡封油圈(35)、下轴承端盖(34)。

5.根据权利要求1所述的一种超声珩铰系统，其特征在于所述的珩铰轴承机构具有第二轴承(12)、第三轴承(3)、下毡封油圈(1)、下轴承端盖。

6.根据权利要求1所述的一种超声珩铰系统，其特征在于所述的电镀金刚石工具(43)、硬质合金铰刀(44)的直径为Φ5～Φ130mm，转速为50～2000r/min，直线运动进给速度为10～1000mm/min。