CN101380721A - 一种用于大型结构件磨削的二维超声振动辅助磨削装置 - Google Patents

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赵波
高国富
焦锋
赵明利
张志强
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Abstract

本发明公开了一种用于大型结构件磨削的二维超声振动辅助磨削装置，上面板与下面板之间通过支腿支撑固定，上面板两端设置有可调压板和压板，纵向变幅杆与纵向换能器固定连接，轴向变幅杆与轴向换能器固定连接，上面板的纵向端与纵向变幅杆固定连接，上面板的轴向端与轴向变幅杆固定连接，纵向换能器连接到第一超声波发生器，轴向换能器连接到第二超声波发生器，在第一超声波发生器的输出线上连接有第一频率计，在第二超声波发生器的输出线上连接有第二频率计，加工砂轮位于上面板的上部，解决了困扰结构陶瓷材料加工效率低，表面质量差，加工成本高等一系列难题，实现了高效高质量的陶瓷大平板的精密加工。

Description

一种用于大型结构件磨削的二维超声振动辅助磨削装置
技术领域:
本发明适用于难加工材料的精密加工，尤其是陶瓷等硬脆材料大型结构件的精密加工。
背景技术:
工程陶瓷材料由于硬度高、脆性大，成形加工比较困难，传统的加工方法很难达到理想的效果。目前，常用金刚石砂轮磨削加工、激光加工和超声加工，但采用金刚石砂轮磨削加工时，磨削比小，生产效率低，金刚石耗量大，使其加工成本过高，大约占零件总成本的50％～70％；同时，经过金刚石砂轮磨削加工的陶瓷零件的断裂韧性分散性较大，可靠性不稳定，强度降低，疲劳寿命减少。采用激光加工的工程陶瓷表面存在大量的微观缺陷，如微裂纹、残余拉应力，使得陶瓷强度降低30％～70％，严重影响了陶瓷零件的性能和使用可靠性。超声加工是一种利用专门设计的振动装置，使工具(或工件)产生某种有规律的可控振动的加工方法。它是在一个极短时间内完成的微量切削过程，表面损伤和残余应力都较小，并且不依靠工件的导电性，而且是非电加工过程，不受工件的电、化学特性影响，尤其适合陶瓷等硬脆材料的加工。但传统的超声磨削方法是将超声波能量施加到砂轮主轴上，要求对主轴箱进行改造，在一定程度上破坏了磨床的整体性能。
发明内容:
本发明的目的是提供一种避免对超精密磨床主轴箱的改造，充分发挥超声加工的优异性能，使超声波能量直接作用到加工件的用于大型结构件磨削的二维超声振动辅助磨削装置。
为了实现上述目的，本发明包括:上面板、下面板、支腿、纵向变幅杆、纵向换能器、第一频率计、第一超声波发生器、轴向变幅杆、轴向换能器、第二频率计、第二超声波发生器，上面板与下面板之间通过支腿支撑固定，上面板两端设置有可调压板和压板，纵向变幅杆与纵向换能器固定连接，轴向变幅杆与轴向换能器固定连接，上面板的纵向端与纵向变幅杆固定连接，上面板的轴向端与轴向变幅杆固定连接，纵向换能器连接到第一超声波发生器，轴向换能器连接到第二超声波发生器，在第一超声波发生器的输出线上连接有第一频率计，在第二超声波发生器的输出线上连接有第二频率计，加工砂轮位于上面板的上部。
该发明突破了传统的超声磨削方法，在不改变砂轮主轴箱的情况下，实现工件的两维超声波振动辅助加工。在对陶瓷等硬脆材料大型结构件精密加工时，将加工件固定在上面板上，一方面金刚石砂轮及工作台按机床原有的运动方式对工件进行加工；另一方面，利用该装置在工件上引入二维超声振动，使磨削过程中磨粒产生椭螺线式的加工轨迹，提高了加工效率，扩大了陶瓷等硬脆材料的塑性加工域，表面质量得到明显的改善。该装置在两个互相垂直的方向上将超声振动施加在工件上，充分发挥了超声加工与超精密磨削机床加工的优异性能，可高效获得超精密加工表面(Ra≤0.12，平面度≤1μm)。该工装还可以用于其它材料的超声磨削加工，若用平行抛光轮来替换砂轮，则可以实现对平板的抛光。解决了困扰结构陶瓷材料加工效率低，表面质量差，加工成本高等一系列难题，实现了高效高质量的陶瓷大平板的精密加工。
附图说明:
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的主视结构示意图。
图2为本发明的俯视结构示意图。
具体实施方式:
由图1、图2可知，本发明包括:上面板2、下面板3、支腿4、纵向变幅杆7、纵向换能器8、第一频率计9、第一超声波发生器10、轴向变幅杆11、轴向换能器12、第二频率计13、第二超声波发生器14。上面板2与下面板3之间通过支腿4支撑固定，上面板2两端设置有可调压板1和压板5，利用可调压板和压板将放置在上面板之上的加工件夹紧，使加工件与上面板形成一体，在压板的右端设置有挡板6，以增强压板对加工件夹紧程度。纵向变幅杆7与纵向换能器8固定连接，轴向变幅杆11与轴向换能器12固定连接，上面板2的纵向端与纵向变幅杆7固定连接，上面板2的轴向端与轴向变幅杆11固定连接。纵向换能器8连接到第一超声波发生器10，纵向变幅杆7与纵向换能器8将第一超声波发生器传输的高频电震荡转换为一定振幅高频机械振荡，然后作用在上面板2的纵向端，从而使加工件产生纵向高频振动。轴向换能器12连接到第二超声波发生器14，轴向变幅杆11与轴向换能器12将第二超声波发生器传输的高频电震荡转换为一定振幅高频机械振荡，然后作用在上面板2的轴向端，从而使加工件产生轴向高频振动。为了调整设置超声波发生器的频率，合理对加工件进行加工，在第一超声波发生器10的输出线上连接有第一频率计9，在第二超声波发生器14的输出线上连接有第二频率计13，加工砂轮位于上面板的上部。

Claims (1)

1、一种用于大型结构件磨削的二维超声振动辅助磨削装置，包括:上面板(2)、下面板(3)、支腿(4)、纵向变幅杆(7)、纵向换能器(8)、第一频率计(9)、第一超声波发生器(10)、轴向变幅杆(11)、轴向换能器(12)、第二频率计(13)、第二超声波发生器(14)，上面板(2)与下面板(3)之间通过支腿(4)支撑固定，上面板(2)两端设置有可调压板(1)和压板(5)，纵向变幅杆(7)与纵向换能器(8)固定连接，轴向变幅杆(11)与轴向换能器(12)固定连接，其特征是上面板(2)的纵向端与纵向变幅杆(7)固定连接，上面板(2)的轴向端与轴向变幅杆(11)固定连接，纵向换能器(8)连接到第一超声波发生器(10)，轴向换能器(12)连接到第二超声波发生器(14)，在第一超声波发生器(10)的输出线上连接有第一频率计(9)，在第二超声波发生器(14)的输出线上连接有第二频率计(13)，加工砂轮位于上面板的上部。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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