CN106181743A - 径向超声珩磨加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声振动珩磨技术，具体是一种径向超声珩磨加工装置。本发明解决了现有超声振动珩磨装置整体结构复杂、难以获得大功率和高能量、容易影响工件的储油润滑性能、容易导致换能器工作不同步的问题。径向超声珩磨加工装置，包括外筒、支撑杆、上盖、下盖、浮动机构、顶杆、限位筒、直线轴承、内筒、支撑筒、复位弹簧、胀芯轴、导向条、稀土超磁致伸缩换能器、内销杆、油石座、外销杆、油石、环状弹簧、集流环。本发明适用于超声振动珩磨。

Description

径向超声珩磨加工装置

技术领域

本发明涉及超声振动珩磨技术，具体是一种径向超声珩磨加工装置。

背景技术

超声振动珩磨是一种在普通珩磨中添加超声振动的特种加工方法，主要用于孔径为5-500毫米或者更大的各种圆柱孔（例如发动机缸套、液压元件阀孔、连杆孔和箱体孔等）的光整加工。与普通珩磨相比，超声振动珩磨是断续变速切削过程，具有珩磨力小、珩磨温度低、加工效率高等优点，受到国内外学者的广泛研究。根据超声振动方式的不同，超声振动珩磨可分为轴向超声振动珩磨、径向超声振动珩磨和复合超声振动珩磨等。

中国专利ZL201020672721.4、ZL200620031811.9和ZL99108124.2公开了几种超声振动珩磨装置。这几种超声振动珩磨装置均由集流环、碳刷、换能器、变幅杆、弯曲振动圆盘、油石座、油石等组成，其工作过程都是将换能器产生的高频振动经变幅杆放大后传到振动圆盘、挠性杆、油石座，最终使油石产生沿工件孔轴向的超声振动。实践表明，这几种超声振动珩磨装置由于自身结构所限，存在如下问题：其一，这几种装置均设置了变幅杆，导致其整体结构复杂。其二，这几种装置的超声能量传输链均较长，导致其难以获得大功率和高能量。中国专利ZL201110202887.9公开了一种超声振动珩磨装置。这种超声振动珩磨装置将换能器直接安放在油石座内，省略了变幅杆、弯曲振动圆盘和挠性杆等。实践表明，这种超声振动珩磨装置由于自身结构所限，存在如下问题：其一，这种装置产生的轴向小振幅超声容易阻碍油石磨粒在工件径向切深方向上的运动，由此导致工件的珩磨网纹沟槽深度变浅，从而影响工件的储油润滑性能。其二，这种装置对油石座的加工要求较高，因此容易因加工误差而导致换能器工作不同步。基于此，有必要发明一种全新的超声振动珩磨装置，以解决现有超声振动珩磨装置整体结构复杂、难以获得大功率和高能量、容易影响工件的储油润滑性能、容易导致换能器工作不同步的问题。

发明内容

本发明为了解决现有超声振动珩磨装置整体结构复杂、难以获得大功率和高能量、容易影响工件的储油润滑性能、容易导致换能器工作不同步的问题，提供了一种径向超声珩磨加工装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

径向超声珩磨加工装置，包括外筒、支撑杆、上盖、下盖、浮动机构、顶杆、限位筒、直线轴承、内筒、支撑筒、复位弹簧、胀芯轴、导向条、稀土超磁致伸缩换能器、内销杆、油石座、外销杆、油石、环状弹簧、集流环；

其中，外筒的内腔设有隔板，且隔板将外筒的内腔分隔为上部腔室和下部腔室；隔板的中央贯通开设有通孔；

支撑杆的数目为N个；N个支撑杆的上端均与外筒的下端敞口边缘固定，且N个支撑杆围绕外筒的轴线等距排列；每个支撑杆的侧面均贯通开设有一对销孔；

上盖封盖于外筒的上端敞口上，且上盖的中央贯通开设有通孔；

下盖的边缘同时与N个支撑杆的下端固定；

浮动机构的中部滑动穿设于上盖上的通孔内；

顶杆的中部滑动穿设于隔板上的通孔内，且顶杆的上端与浮动机构的下端固定；

限位筒固定套设于顶杆的中部，且限位筒位于外筒的下部腔室；

内筒的内腔为上粗下细的阶梯状内腔；限位筒通过直线轴承装配于内筒的上部内腔；顶杆的下部滑动穿设于内筒的下部内腔；

支撑筒的上端敞口与内筒的下端敞口连接；支撑筒的下端敞口与下盖的上表面中央固定；支撑筒的侧壁贯通开设有N个槽孔和N对销孔；N个槽孔和N对销孔围绕支撑筒的轴线等距排列，且N个槽孔和N对销孔交错布置；N对销孔与N个支撑杆一一正对；

复位弹簧位于支撑筒的内腔，且复位弹簧的下端与下盖的上表面中央固定；

胀芯轴位于支撑筒的内腔；胀芯轴由一根中轴和一对棱台组成；中轴的上端端面与第一个棱台的细端端面固定，第一个棱台的粗端端面与顶杆的下端端面相接触；中轴的下端端面与第二个棱台的粗端端面固定，第二个棱台的细端端面与复位弹簧的上端固定；

导向条的数目为N个；N个导向条的上端均与外筒的下端敞口边缘固定；N个导向条的下端均与下盖的上表面边缘固定；N个导向条与支撑筒上的N个槽孔一一正对；每个导向条的外侧面上部和外侧面下部均开设有一个横向凹槽；

稀土超磁致伸缩换能器的数目为N个；

内销杆的数目为N对；N对内销杆一一对应滑动穿设于支撑筒上的N对销孔内；N对内销杆的外端与N个稀土超磁致伸缩换能器一一对应固定；N对内销杆的内端均与胀芯轴的一对棱台的侧面相接触；

油石座的数目为N个，且每个油石座的外侧面上部和外侧面下部均开设有一个横向凹槽；

外销杆的数目为N对；N对外销杆一一对应滑动穿设于N个支撑杆上的N对销孔内；N对外销杆的外端与N个油石座一一对应固定；N对外销杆的内端与N个稀土超磁致伸缩换能器一一对应固定；

油石的数目为N个；N个油石一一对应安装于N个油石座的外侧面；

环状弹簧的数目为两个；第一个环状弹簧同时嵌设于N个导向条外侧面上部的横向凹槽和N个油石座外侧面上部的横向凹槽内；第二个环状弹簧同时嵌设于N个导向条外侧面下部的横向凹槽和N个油石座外侧面下部的横向凹槽内；

集流环固定套设于外筒的中部，且集流环的输出端分别与N个稀土超磁致伸缩换能器的输入端连接；

N为正整数。

工作时，将外筒和浮动机构均与外部驱动机构连接，将集流环的输入端通过碳刷与外部超声波发生器连接。具体工作过程如下：首先，外部驱动机构驱动外筒进行移动，外筒由此带动N个油石进入圆柱孔内。然后，外部驱动机构驱动浮动机构进行向下移动，浮动机构通过顶杆推动胀芯轴进行向下移动，胀芯轴的一对棱台通过N对内销杆推动N个稀土超磁致伸缩换能器沿径向进行向外移动，N个稀土超磁致伸缩换能器通过N对外销杆推动N个油石座沿径向进行向外移动，N个油石座带动N个油石沿径向进行向外移动，N个油石由此实现径向进给。待N个油石进给至适当位置，外部驱动机构驱动外筒进行旋转，外筒由此带动N个油石进行旋转。此时，启动外部超声波发生器，外部超声波发生器将50Hz交流电转换为超声频交变电流，并依次通过碳刷、集流环将超声频交变电流通入N个稀土超磁致伸缩换能器，使得N个稀土超磁致伸缩换能器产生超声频交变磁场。在超声频交变磁场的作用下，N个稀土超磁致伸缩换能器进行超声频径向振动，并通过N对外销杆带动N个油石座进行超声频径向振动，N个油石座带动N个油石进行超声频径向振动，N个油石由此对圆柱孔的孔壁进行超声频径向振动研磨抛光，从而对圆柱孔进行光整加工。在此过程中，限位筒的作用是对顶杆进行轴向限位。复位弹簧的作用是在加工结束后对胀芯轴进行复位。N个导向条的作用是在径向进给过程中对N个油石进行导向。N个槽孔的作用是使磁密分布更为均匀，便于磁场控制。

基于上述过程，与现有超声振动珩磨装置相比，本发明所述的径向超声珩磨加工装置通过采用全新结构，实现了对圆柱孔进行光整加工，由此具备了如下优点：其一，本发明无需设置变幅杆，由此有效简化了整体结构。其二，本发明的超声能量传输链很短，因此易于获得大功率和高能量。其三，本发明产生的超声频径向振动能够显著增大工件的珩磨网纹沟槽深度，由此有效提高了工件的储油润滑性能。其四，本发明对油石座的加工要求较低，由此有效避免了因加工误差而导致换能器工作不同步。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有超声振动珩磨装置整体结构复杂、难以获得大功率和高能量、容易影响工件的储油润滑性能、容易导致换能器工作不同步的问题，适用于超声振动珩磨。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本发明中稀土超磁致伸缩换能器的结构示意图。

图中：1-外筒，2-支撑杆，3-上盖，4-下盖，5-浮动机构，6-顶杆，7-限位筒，8-直线轴承，9-内筒，10-支撑筒，11-复位弹簧，12-胀芯轴，13-导向条，14-稀土超磁致伸缩换能器，15-内销杆，16-油石座，17-外销杆，18-油石，19-环状弹簧，20-集流环，1401-预紧螺栓，1402-圆环状后盖，1403-圆环状阻抗匹配层，1404-圆环状前盖，1405-螺母，1406-圆环状轭铁端盖，1407-圆筒状线圈架，1408-励磁线圈，1409-稀土超磁致伸缩圆环，1410-钕铁硼圆环状永磁体。

具体实施方式

径向超声珩磨加工装置，包括外筒1、支撑杆2、上盖3、下盖4、浮动机构5、顶杆6、限位筒7、直线轴承8、内筒9、支撑筒10、复位弹簧11、胀芯轴12、导向条13、稀土超磁致伸缩换能器14、内销杆15、油石座16、外销杆17、油石18、环状弹簧19、集流环20；

其中，外筒1的内腔设有隔板，且隔板将外筒1的内腔分隔为上部腔室和下部腔室；隔板的中央贯通开设有通孔；

支撑杆2的数目为N个；N个支撑杆2的上端均与外筒1的下端敞口边缘固定，且N个支撑杆2围绕外筒1的轴线等距排列；每个支撑杆2的侧面均贯通开设有一对销孔；

上盖3封盖于外筒1的上端敞口上，且上盖3的中央贯通开设有通孔；

下盖4的边缘同时与N个支撑杆2的下端固定；

浮动机构5的中部滑动穿设于上盖3上的通孔内；

顶杆6的中部滑动穿设于隔板上的通孔内，且顶杆6的上端与浮动机构5的下端固定；

限位筒7固定套设于顶杆6的中部，且限位筒7位于外筒1的下部腔室；

内筒9的内腔为上粗下细的阶梯状内腔；限位筒7通过直线轴承8装配于内筒9的上部内腔；顶杆6的下部滑动穿设于内筒9的下部内腔；

支撑筒10的上端敞口与内筒9的下端敞口连接；支撑筒10的下端敞口与下盖4的上表面中央固定；支撑筒10的侧壁贯通开设有N个槽孔和N对销孔；N个槽孔和N对销孔围绕支撑筒10的轴线等距排列，且N个槽孔和N对销孔交错布置；N对销孔与N个支撑杆2一一正对；

复位弹簧11位于支撑筒10的内腔，且复位弹簧11的下端与下盖4的上表面中央固定；

胀芯轴12位于支撑筒10的内腔；胀芯轴12由一根中轴和一对棱台组成；中轴的上端端面与第一个棱台的细端端面固定，第一个棱台的粗端端面与顶杆6的下端端面相接触；中轴的下端端面与第二个棱台的粗端端面固定，第二个棱台的细端端面与复位弹簧11的上端固定；

导向条13的数目为N个；N个导向条13的上端均与外筒1的下端敞口边缘固定；N个导向条13的下端均与下盖4的上表面边缘固定；N个导向条13与支撑筒10上的N个槽孔一一正对；每个导向条13的外侧面上部和外侧面下部均开设有一个横向凹槽；

稀土超磁致伸缩换能器14的数目为N个；

内销杆15的数目为N对；N对内销杆15一一对应滑动穿设于支撑筒10上的N对销孔内；N对内销杆15的外端与N个稀土超磁致伸缩换能器14一一对应固定；N对内销杆15的内端均与胀芯轴12的一对棱台的侧面相接触；

油石座16的数目为N个，且每个油石座16的外侧面上部和外侧面下部均开设有一个横向凹槽；

外销杆17的数目为N对；N对外销杆17一一对应滑动穿设于N个支撑杆2上的N对销孔内；N对外销杆17的外端与N个油石座16一一对应固定；N对外销杆17的内端与N个稀土超磁致伸缩换能器14一一对应固定；

油石18的数目为N个；N个油石18一一对应安装于N个油石座16的外侧面；

环状弹簧19的数目为两个；第一个环状弹簧19同时嵌设于N个导向条13外侧面上部的横向凹槽和N个油石座16外侧面上部的横向凹槽内；第二个环状弹簧19同时嵌设于N个导向条13外侧面下部的横向凹槽和N个油石座16外侧面下部的横向凹槽内；

集流环20固定套设于外筒1的中部，且集流环20的输出端分别与N个稀土超磁致伸缩换能器14的输入端连接；

N为正整数。

所述稀土超磁致伸缩换能器14包括预紧螺栓1401、圆环状后盖1402、圆筒状稀土超磁致伸缩棒、圆环状阻抗匹配层1403、圆环状前盖1404、螺母1405、圆环状轭铁端盖1406、圆筒状线圈架1407、励磁线圈1408；

所述圆筒状稀土超磁致伸缩棒由若干个稀土超磁致伸缩圆环1409和若干个钕铁硼圆环状永磁体1410采用环氧树脂粘接构成，且各个稀土超磁致伸缩圆环1409和各个钕铁硼圆环状永磁体1410交错布置；

圆环状后盖1402、圆筒状稀土超磁致伸缩棒、圆环状阻抗匹配层1403、圆环状前盖1404由后向前依次套设于预紧螺栓1401上；

螺母1405旋拧于预紧螺栓1401上，且螺母1405与圆环状前盖1404的前端端面相接触；

圆环状轭铁端盖1406的数目为两个；第一个圆环状轭铁端盖1406套设于圆筒状稀土超磁致伸缩棒的后端，且第一个圆环状轭铁端盖1406与圆环状后盖1402的前端端面相接触；第二个圆环状轭铁端盖1406套设于圆环状阻抗匹配层1403的前端，且第二个圆环状轭铁端盖1406与圆环状前盖1404的后端端面相接触；

圆筒状线圈架1407同时套设于圆筒状稀土超磁致伸缩棒和圆环状阻抗匹配层1403上，且圆筒状线圈架1407的两端端面分别与第一个圆环状轭铁端盖1406的前端端面和第二个圆环状轭铁端盖1406的后端端面相接触；

励磁线圈1408缠绕于圆筒状线圈架1407上；

内销杆15的外端与圆环状后盖1402的后端端面固定；

外销杆17的内端与圆环状前盖1404的前端端面固定；

集流环20的输出端与励磁线圈1408的两端连接。

工作时，通过预紧螺栓和螺母向圆环状后盖、圆筒状稀土超磁致伸缩棒、圆环状阻抗匹配层、圆环状前盖提供预紧压力。将超声频交变电流通入励磁线圈，使得励磁线圈产生超声频交变磁场。在超声频交变磁场的作用下，圆环状后盖、圆筒状稀土超磁致伸缩棒、圆环状阻抗匹配层、圆环状前盖一起进行超声频径向振动。

Claims (2)

1.一种径向超声珩磨加工装置，其特征在于：包括外筒（1）、支撑杆（2）、上盖（3）、下盖（4）、浮动机构（5）、顶杆（6）、限位筒（7）、直线轴承（8）、内筒（9）、支撑筒（10）、复位弹簧（11）、胀芯轴（12）、导向条（13）、稀土超磁致伸缩换能器（14）、内销杆（15）、油石座（16）、外销杆（17）、油石（18）、环状弹簧（19）、集流环（20）；

其中，外筒（1）的内腔设有隔板，且隔板将外筒（1）的内腔分隔为上部腔室和下部腔室；隔板的中央贯通开设有通孔；

支撑杆（2）的数目为N个；N个支撑杆（2）的上端均与外筒（1）的下端敞口边缘固定，且N个支撑杆（2）围绕外筒（1）的轴线等距排列；每个支撑杆（2）的侧面均贯通开设有一对销孔；

上盖（3）封盖于外筒（1）的上端敞口上，且上盖（3）的中央贯通开设有通孔；

下盖（4）的边缘同时与N个支撑杆（2）的下端固定；

浮动机构（5）的中部滑动穿设于上盖（3）上的通孔内；

顶杆（6）的中部滑动穿设于隔板上的通孔内，且顶杆（6）的上端与浮动机构（5）的下端固定；

限位筒（7）固定套设于顶杆（6）的中部，且限位筒（7）位于外筒（1）的下部腔室；

内筒（9）的内腔为上粗下细的阶梯状内腔；限位筒（7）通过直线轴承（8）装配于内筒（9）的上部内腔；顶杆（6）的下部滑动穿设于内筒（9）的下部内腔；

支撑筒（10）的上端敞口与内筒（9）的下端敞口连接；支撑筒（10）的下端敞口与下盖（4）的上表面中央固定；支撑筒（10）的侧壁贯通开设有N个槽孔和N对销孔；N个槽孔和N对销孔围绕支撑筒（10）的轴线等距排列，且N个槽孔和N对销孔交错布置；N对销孔与N个支撑杆（2）一一正对；

复位弹簧（11）位于支撑筒（10）的内腔，且复位弹簧（11）的下端与下盖（4）的上表面中央固定；

胀芯轴（12）位于支撑筒（10）的内腔；胀芯轴（12）由一根中轴和一对棱台组成；中轴的上端端面与第一个棱台的细端端面固定，第一个棱台的粗端端面与顶杆（6）的下端端面相接触；中轴的下端端面与第二个棱台的粗端端面固定，第二个棱台的细端端面与复位弹簧（11）的上端固定；

导向条（13）的数目为N个；N个导向条（13）的上端均与外筒（1）的下端敞口边缘固定；N个导向条（13）的下端均与下盖（4）的上表面边缘固定；N个导向条（13）与支撑筒（10）上的N个槽孔一一正对；每个导向条（13）的外侧面上部和外侧面下部均开设有一个横向凹槽；

稀土超磁致伸缩换能器（14）的数目为N个；

内销杆（15）的数目为N对；N对内销杆（15）一一对应滑动穿设于支撑筒（10）上的N对销孔内；N对内销杆（15）的外端与N个稀土超磁致伸缩换能器（14）一一对应固定；N对内销杆（15）的内端均与胀芯轴（12）的一对棱台的侧面相接触；

油石座（16）的数目为N个，且每个油石座（16）的外侧面上部和外侧面下部均开设有一个横向凹槽；

外销杆（17）的数目为N对；N对外销杆（17）一一对应滑动穿设于N个支撑杆（2）上的N对销孔内；N对外销杆（17）的外端与N个油石座（16）一一对应固定；N对外销杆（17）的内端与N个稀土超磁致伸缩换能器（14）一一对应固定；

油石（18）的数目为N个；N个油石（18）一一对应安装于N个油石座（16）的外侧面；

环状弹簧（19）的数目为两个；第一个环状弹簧（19）同时嵌设于N个导向条（13）外侧面上部的横向凹槽和N个油石座（16）外侧面上部的横向凹槽内；第二个环状弹簧（19）同时嵌设于N个导向条（13）外侧面下部的横向凹槽和N个油石座（16）外侧面下部的横向凹槽内；

集流环（20）固定套设于外筒（1）的中部，且集流环（20）的输出端分别与N个稀土超磁致伸缩换能器（14）的输入端连接；

N为正整数。

2.根据权利要求1所述的径向超声珩磨加工装置，其特征在于：所述稀土超磁致伸缩换能器（14）包括预紧螺栓（1401）、圆环状后盖（1402）、圆筒状稀土超磁致伸缩棒、圆环状阻抗匹配层（1403）、圆环状前盖（1404）、螺母（1405）、圆环状轭铁端盖（1406）、圆筒状线圈架（1407）、励磁线圈（1408）；

所述圆筒状稀土超磁致伸缩棒由若干个稀土超磁致伸缩圆环（1409）和若干个钕铁硼圆环状永磁体（1410）采用环氧树脂粘接构成，且各个稀土超磁致伸缩圆环（1409）和各个钕铁硼圆环状永磁体（1410）交错布置；

圆环状后盖（1402）、圆筒状稀土超磁致伸缩棒、圆环状阻抗匹配层（1403）、圆环状前盖（1404）由后向前依次套设于预紧螺栓（1401）上；

螺母（1405）旋拧于预紧螺栓（1401）上，且螺母（1405）与圆环状前盖（1404）的前端端面相接触；

圆环状轭铁端盖（1406）的数目为两个；第一个圆环状轭铁端盖（1406）套设于圆筒状稀土超磁致伸缩棒的后端，且第一个圆环状轭铁端盖（1406）与圆环状后盖（1402）的前端端面相接触；第二个圆环状轭铁端盖（1406）套设于圆环状阻抗匹配层（1403）的前端，且第二个圆环状轭铁端盖（1406）与圆环状前盖（1404）的后端端面相接触；

圆筒状线圈架（1407）同时套设于圆筒状稀土超磁致伸缩棒和圆环状阻抗匹配层（1403）上，且圆筒状线圈架（1407）的两端端面分别与第一个圆环状轭铁端盖（1406）的前端端面和第二个圆环状轭铁端盖（1406）的后端端面相接触；

励磁线圈（1408）缠绕于圆筒状线圈架（1407）上；

内销杆（15）的外端与圆环状后盖（1402）的后端端面固定；

外销杆（17）的内端与圆环状前盖（1404）的前端端面固定；

集流环（20）的输出端与励磁线圈（1408）的两端连接。