CN106425705A - 一种超声振动磨削装置 - Google Patents

Abstract

一种超声振动磨削装置，包括超声波发生器、机床主轴、主轴外壳、外筒体、内筒体、超声振动动力传输机构、变幅杆和磨头；机床主轴下端伸出主轴外壳，外筒体上端固定设置主轴外壳底部，机床主轴下端与内筒体顶部连接，内筒体下端连接有变幅杆，变幅杆内设有下端伸出变幅杆的刀柄，磨头设置在刀柄下端，安装盘上表面设有压电陶瓷片；超声波发生器通过第一导线与超声振动动力传输机构连接，超声振动动力传输机构通过第二导线与压电陶瓷片连接；本发明主要利用超声振动系统驱动磨头实现所需的振动磨削，同时可根据工作要求进行超声系统的调节，对于难加工材料的磨削技术具有重要意义，也提高了材料表面加工质量。

Description

一种超声振动磨削装置

技术领域

本发明属于磨削加工技术领域，尤其涉及一种超声振动磨削装置。

背景技术

随着科技的发展对硬脆材料、难加工材料和新型先进材料的需求日益增多，对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出了更高的要求。传统磨削方法因不可避免的产生较大的磨削力以及磨削热，引起工件表面/亚表面损伤以及砂轮寿命低等一系列问题。

超声振动磨削是建立在振动理论和切削理论等基础上的复合加工方法，这种磨削方法与以往的磨削根本区别在于磨削过程中由超声波发生器产生的高频电振荡信号经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，使刀具对工件进行周期性的切削，即工具砂轮在高速旋转磨削的同时也对其产生高频振动。

超声振动磨削的特殊机理使磨削效率显著提高、磨削温度降低、砂轮的使用寿命延长，同时超声振动磨削改善了对难加工材料的磨削能力。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种磨削效率高、磨削精度高、能够对磨削时的参数进行选择和调整、适用于各种难加工材料的超声振动磨削装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超声振动磨削装置，包括超声波发生器、机床主轴、主轴外壳、外筒体、内筒体、超声振动动力传输机构、变幅杆和磨头；

机床主轴的动力输出端垂直向下设置，机床主轴下端伸出主轴外壳，外筒体上端通过上法兰盘及上螺栓固定设置主轴外壳底部，内筒体上端固定设有连接板，机床主轴下端与连接板上表面固定连接，内筒体下端同轴向设有壁厚大于内筒体的连接筒，连接筒下端通过下螺栓连接有安装盘，安装盘下表面连接有变幅杆，变幅杆内设有下端伸出变幅杆的刀柄，磨头设置在刀柄下端，安装盘上表面设有压电陶瓷片，压电陶瓷片上端设有导向限位盘，导向限位盘的外壁与内筒体内壁接触；

超声振动动力传输机构设置在外筒体与内筒体之间，超声波发生器通过第一导线与超声振动动力传输机构连接，超声振动动力传输机构通过第二导线与压电陶瓷片连接；

机床主轴、内筒体、外筒体、变幅杆、刀柄和磨头具有同一条回转中心线。

超声振动动力传输机构包括上铝盘座、下铝盘座、上线圈盘和下线圈盘，上铝盘座和下铝盘座均套在内筒体外部，上铝盘座上部内圈与外筒体下部外圈螺纹连接，下铝盘座位于上铝盘座下方，下铝盘座下端面设有第一连接套，第一连接套通过第一紧固螺钉与内筒体外壁连接，上铝盘座下端面开设有下端敞口的上环形槽，下铝盘座上端面开设有上端敞口的下环形槽，上线圈盘设置在上环形槽内，下线圈盘设置在下环形槽内，上线圈盘和下线圈盘上下对应设置；

上铝盘座侧部设有与上线圈盘电连接的第一航空接口，所述的第一导线通过第一航空插座插设在第一航空接口内；内筒体上设有第一穿线孔，所述的第二导线穿过第一穿线孔的两端分别与下线圈盘和压电陶瓷片连接；

内筒体外表面设有第一支撑环，第一连接套下端面与第一支撑环上表面接触。

超声振动动力传输机构包括外铝盘座、内铝盘座、外线圈盘和内线圈盘，内铝盘座套在内筒体外部，外筒体下端设有套在内筒体外部且下端敞口的安装盖，外铝盘座外圈螺纹连接安装盖内，外铝盘座套在内铝盘座外部，内铝盘座下端面设有第二连接套，第二连接套通过第二紧固螺钉与内筒体外壁连接，外铝盘座内圈开设有内侧敞口的外环形槽，内铝盘座外圈开设有外侧敞口的内环形槽，外线圈盘设置在外环形槽内，内线圈盘设置在内环形槽内，外线圈盘和内线圈盘左右对应设置；

外铝盘座底部设有与外线圈盘电连接的第二航空接口，所述的第一导线通过第二航空插座插设在第二航空接口内；内筒体上设有第二穿线孔，所述的第二导线穿过第二穿线孔的两端分别与内线圈盘和压电陶瓷片连接；

内筒体外表面设有第二支撑环，第二连接套下端面与第二支撑环上表面接触。

压电陶瓷片上端设有盖板，导向限位盘下表面设有限位槽，盖板上部装配在限位槽内，导向限位盘、盖板和压电陶瓷片之间通过垂直设置的连接螺栓紧固连接。

采用上述技术方案，机床主轴通过连接板驱动内筒体高速旋转，内筒体带动下端的安装盘、变幅杆、刀柄和磨头一同旋转，与此同时，超声波发生器将超声波通过上线圈盘传输给高速旋转的下线圈盘或者通过外线圈盘传输给高速旋转的内线圈盘，再通过压电陶瓷片传输给变幅杆、刀柄和磨头，从而实现超声振动磨削加工作业。

上铝盘座和下铝盘座之间、外铝盘座和内铝盘座之间要留有一定量的间隙，其中上铝盘座和下铝盘座之间的间隙可以通过旋转外铝盘座在外筒体上螺接的长度来进行调节，这样就保证高效率的无线传输。外铝盘座和内铝盘座之间的间隙保持固定的模式。

由于压电陶瓷片较长，因此在压电陶瓷片上端设置导向限位盘与内筒体接触，防止高速旋转时压电陶瓷片的摆动。

本发明直接安装在机床主轴上，无需对机床进行改造。本发明可方便地控制振动磨削的参数，并对实现难加工材料的高效加工大有裨益。

通过超声波发生器发送一定的信号传递给换能器来实现变幅杆连接处磨头的振动，从而实现对零件的磨削。本发明主要利用超声振动系统驱动磨头实现所需的振动磨削，同时可根据工作要求进行超声系统的调节，对于难加工材料的磨削技术具有重要意义，也提高了材料表面加工质量。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：如图1所示，本发明的一种超声振动磨削装置，包括超声波发生器1、机床主轴2、主轴外壳3、外筒体4、内筒体5、超声振动动力传输机构、变幅杆6和磨头7。

机床主轴2的动力输出端垂直向下设置，机床主轴2下端伸出主轴外壳3，外筒体4上端通过上法兰盘8及上螺栓9固定设置主轴外壳3底部，内筒体5上端固定设有连接板10，机床主轴2下端与连接板10上表面固定连接，内筒体5下端同轴向设有壁厚大于内筒体5的连接筒11，连接筒11下端通过下螺栓36连接有安装盘12（连接筒11壁厚大于内筒体5，这样便于轴向连接下螺栓36），安装盘12下表面连接有变幅杆6，变幅杆6内设有下端伸出变幅杆6的刀柄13，磨头7设置在刀柄13下端，安装盘12上表面设有压电陶瓷片14，压电陶瓷片14上端设有导向限位盘15，导向限位盘15的外壁与内筒体5内壁接触。

超声振动动力传输机构设置在外筒体4与内筒体5之间，超声波发生器1通过第一导线16与超声振动动力传输机构连接，超声振动动力传输机构通过第二导线17与压电陶瓷片14连接。

机床主轴2、内筒体5、外筒体4、变幅杆6、刀柄13和磨头7具有同一条回转中心线。

超声振动动力传输机构包括上铝盘座18、下铝盘座19、上线圈盘20和下线圈盘21，上铝盘座18和下铝盘座19均套在内筒体5外部，上铝盘座18上部内圈与外筒体4下部外圈螺纹连接，下铝盘座19位于上铝盘座18下方，下铝盘座19下端面设有第一连接套35，第一连接套35通过第一紧固螺钉22与内筒体5外壁连接，上铝盘座18下端面开设有下端敞口的上环形槽，下铝盘座19上端面开设有上端敞口的下环形槽，上线圈盘20设置在上环形槽内，下线圈盘21设置在下环形槽内，上线圈盘20和下线圈盘21上下对应设置。

上铝盘座18侧部设有与上线圈盘20电连接的第一航空接口，所述的第一导线16通过第一航空插座23插设在第一航空接口内；内筒体5上设有第一穿线孔24，所述的第二导线17穿过第一穿线孔24的两端分别与下线圈盘21和压电陶瓷片14连接。

内筒体5外表面设有第一支撑环35，第一连接套下端面与第一支撑环37上表面接触，第一支撑环35起到支撑下铝盘座19和下线圈盘21的作用，避免第一紧固螺钉22受到切应力。

压电陶瓷片14上端设有盖板25，导向限位盘15下表面设有限位槽，盖板25上部装配在限位槽内，导向限位盘15、盖板25和压电陶瓷片14之间通过垂直设置的连接螺栓26紧固连接。

机床主轴2通过连接板10驱动内筒体5高速旋转，内筒体5带动下端的安装盘12、变幅杆6、刀柄13和磨头7一同旋转，与此同时，超声波发生器1将超声波通过上线圈盘20传输给高速旋转的下线圈盘21，再通过压电陶瓷片14传输给变幅杆6、刀柄13和磨头7，从而实现超声振动磨削加工作业。

上铝盘座18和下铝盘座19之间要留有一定量的间隙，上铝盘座18和下铝盘座19之间的间隙可以通过旋转外铝盘座在外筒体4上螺接的长度来进行调节，这样就保证高效率的无线传输。

由于压电陶瓷片14较长，因此在压电陶瓷片14上端设置导向限位盘15与内筒体5接触，防止高速旋转时压电陶瓷片14的摆动。

实施例二：如图2所示，该实施例与实施例一的区别之处在于，超声振动动力传输机构包括外铝盘座27、内铝盘座28、外线圈盘29和内线圈盘30，内铝盘座28套在内筒体5外部，外筒体4下端设有套在内筒体5外部且下端敞口的安装盖31，外铝盘座27外圈螺纹连接安装盖31内，外铝盘座27套在内铝盘座28外部，内铝盘座28下端面设有第二连接套36，第二连接套36通过第二紧固螺钉32与内筒体5外壁连接，外铝盘座27内圈开设有内侧敞口的外环形槽，内铝盘座28外圈开设有外侧敞口的内环形槽，外线圈盘29设置在外环形槽内，内线圈盘30设置在内环形槽内，外线圈盘29和内线圈盘30左右对应设置；

外铝盘座27底部设有与外线圈盘29电连接的第二航空接口，所述的第一导线16通过第二航空插座插33设在第二航空接口内；内筒体5上设有第二穿线孔34，所述的第二导线17穿过第二穿线孔34的两端分别与内线圈盘30和压电陶瓷片14连接。

内筒体5外表面设有第二支撑环38，第二连接套36下端面与第二支撑环38上表面接触，第二支撑环38起到支撑内铝盘座28和内线圈盘30的作用，避免第二紧固螺钉32受到切应力。

外铝盘座27和内铝盘座28之间要留有一定量的间隙。外铝盘座27和内铝盘座28之间的间隙保持固定的模式。超声波发生器1将超声波通过外线圈盘29传输给高速旋转的内线圈盘30。

本发明中的机床主轴2也可以水平设置，外筒体4和上法兰盘8一体制作而成，内筒体5、连接板10、支撑环和连接筒11一体制作而成，变幅杆6和安装盘12一体制造而成，下铝盘座19与第一连接套35一体制造而成，内铝盘座28与第二连接套36一体制造而成。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种超声振动磨削装置，其特征在于：包括超声波发生器、机床主轴、主轴外壳、外筒体、内筒体、超声振动动力传输机构、变幅杆和磨头；

机床主轴的动力输出端垂直向下设置，机床主轴下端伸出主轴外壳，外筒体上端通过上法兰盘及上螺栓固定设置主轴外壳底部，内筒体上端固定设有连接板，机床主轴下端与连接板上表面固定连接，内筒体下端同轴向设有壁厚大于内筒体的连接筒，连接筒下端通过下螺栓连接有安装盘，安装盘下表面连接有变幅杆，变幅杆内设有下端伸出变幅杆的刀柄，磨头设置在刀柄下端，安装盘上表面设有压电陶瓷片，压电陶瓷片上端设有导向限位盘，导向限位盘的外壁与内筒体内壁接触；

超声振动动力传输机构设置在外筒体与内筒体之间，超声波发生器通过第一导线与超声振动动力传输机构连接，超声振动动力传输机构通过第二导线与压电陶瓷片连接；

机床主轴、内筒体、外筒体、变幅杆、刀柄和磨头具有同一条回转中心线。

2.根据权利要求1所述的一种超声振动磨削装置，其特征在于：超声振动动力传输机构包括上铝盘座、下铝盘座、上线圈盘和下线圈盘，上铝盘座和下铝盘座均套在内筒体外部，上铝盘座上部内圈与外筒体下部外圈螺纹连接，下铝盘座位于上铝盘座下方，下铝盘座下端面设有第一连接套，第一连接套通过第一紧固螺钉与内筒体外壁连接，上铝盘座下端面开设有下端敞口的上环形槽，下铝盘座上端面开设有上端敞口的下环形槽，上线圈盘设置在上环形槽内，下线圈盘设置在下环形槽内，上线圈盘和下线圈盘上下对应设置；

上铝盘座侧部设有与上线圈盘电连接的第一航空接口，所述的第一导线通过第一航空插座插设在第一航空接口内；内筒体上设有第一穿线孔，所述的第二导线穿过第一穿线孔的两端分别与下线圈盘和压电陶瓷片连接；

内筒体外表面设有第一支撑环，第一连接套下端面与第一支撑环上表面接触。

3.根据权利要求1所述的一种超声振动磨削装置，其特征在于：超声振动动力传输机构包括外铝盘座、内铝盘座、外线圈盘和内线圈盘，内铝盘座套在内筒体外部，外筒体下端设有套在内筒体外部且下端敞口的安装盖，外铝盘座外圈螺纹连接安装盖内，外铝盘座套在内铝盘座外部，内铝盘座下端面设有第二连接套，第二连接套通过第二紧固螺钉与内筒体外壁连接，外铝盘座内圈开设有内侧敞口的外环形槽，内铝盘座外圈开设有外侧敞口的内环形槽，外线圈盘设置在外环形槽内，内线圈盘设置在内环形槽内，外线圈盘和内线圈盘左右对应设置；

外铝盘座底部设有与外线圈盘电连接的第二航空接口，所述的第一导线通过第二航空插座插设在第二航空接口内；内筒体上设有第二穿线孔，所述的第二导线穿过第二穿线孔的两端分别与内线圈盘和压电陶瓷片连接；

内筒体外表面设有第二支撑环，第二连接套下端面与第二支撑环上表面接触。

4.根据权利要求2或3所述的一种超声振动磨削装置，其特征在于：压电陶瓷片上端设有盖板，导向限位盘下表面设有限位槽，盖板上部装配在限位槽内，导向限位盘、盖板和压电陶瓷片之间通过垂直设置的连接螺栓紧固连接。