CN112264844B - 一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机 - Google Patents

一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，涉及轴向纹理研磨机技术领域，包括超声波发生器和工作台，滑块的顶部固定连接有超声底座，超声底座的内部固定连接有弹簧轴。本发明通过设置超声波发生器，附加了超声振动，使油石按照一定的频率和一定的振幅在垂直于研磨方向上作高频振动，提高了加工效率，加工效率高而且使金属疲劳试样表面产生均匀细密的切痕，表面粗糙度值减小，加工精度提高，通过设置弹簧轴，能够通过调节螺母对弹簧轴外部的弹簧进行调整，在进行研磨的时候能够改变弹簧的形变量，从而改变油石对金属疲劳试样的研磨压力，并且在调节螺母位置不变的时候能够使压力稳定，保证研磨效果。

Description

一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机
技术领域
本发明涉及轴向纹理研磨机技术领域，具体为一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机。
背景技术
在现阶段，旋转弯曲疲劳试样的机械加工一般都是采用车削方式加工，这种加工方法不仅加工精度低，而且无可避免的会在加工表面留下加工纹理，这对零件的表面质量有着极大的制约。先进一点的加工方法为磨削加工，这种方法可以实现疲劳试样的高精度要求，但加工过程繁琐，且在试样表面出现烧伤现象，对复杂结构的疲劳试样不易加工。上述两种加工方法在疲劳试样表面加工出周向纹理，对疲劳强度具有危害性，不符合疲劳试样拥有轴向纹理方向的金属疲劳试验国家标准要求。
目前，市场上的研磨采用传统磨床或者采用逐级升高砂纸目数手工磨抛对疲劳试样进行纵向研磨。但是针对一些特殊结构的工件，磨床操作复杂，体积较大，且加工精度低，手工磨抛无法控制研磨速度等参数的一致性，研磨效率较低。研磨加工作为精密零件的最后加工工序，表面加工质量的好坏直接影响到工件的使用性能和机器设备的可靠性能，且通过传统的研磨方式无法有效去除轴类零件表面的加工纹理。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：包括超声波发生器和工作台，所述工作台的顶部通过连接螺栓固定连接有支架,所述支架的顶部设置有导轨，所述导轨包括滑块导轨和机构导轨，所述滑块导轨和机构导轨通过螺栓相互连接，所述滑块导轨的顶部活动卡接有滑块，所述机构导轨的顶部活动卡接有超声底座，所述超声底座的内部设置有弹簧轴，所述弹簧轴的外部套接有弹簧，所述弹簧轴的底部螺纹连接有调节螺母，所述超声底座通过限位杆滑动连接有复合型变幅杆，所述复合型变幅杆的中部活动连接有与弹簧轴相适配的双头螺柱，所述复合型变幅杆的下方通过双头螺柱连接有压电陶瓷换能器，所述双头螺柱的中间开设有与弹簧轴相适配的孔，所述压电陶瓷换能器的底部设置有压盖，所述滑块的一侧面通过第二连接杆活动连接有曲柄滑块长杆，所述曲柄滑块长杆的一端通过第一连接杆活动连接有曲柄滑块短杆，所述复合型变幅杆的顶部通过油石紧固螺钉固定连接有油石。
可选的，所述工作台的顶部一侧固定连接有电机固定支撑座，所述电机固定支撑座的内部固定连接有直流减速电机，所述直流减速电机的输出轴与曲柄滑块短杆的一端键连接。
可选的，所述超声波发生器设置在工作台的顶部，所述超声波发生器通过导线与压电陶瓷换能器电连接。
可选的，所述工作台的顶部边缘固定连接有支撑架，所述支撑架包括头架和尾座，所述头架和尾座在工作台的顶部对称设置。
可选的，所述头架和尾座的顶部分别活动连接有前顶尖和后顶尖，所述前顶尖和后顶尖之间设置有金属疲劳试样，所述金属疲劳试样与油石相适配。
可选的，所述超声底座的底部开设有与弹簧轴相适配的凹槽，所述复合型变幅杆的顶部开设有与油石相适配的限位键槽。
(三)有益效果
本发明提供了一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，具备以下有益效果：
1、该超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，通过设置超声波发生器，附加了超声振动，使油石按照一定的频率和一定的振幅在垂直于研磨方向上作高频振动，从而对金属疲劳试样零件的轴向进行往复研磨，去除零件表面的周向纹理，加工得到的金属疲劳试样的表面纹理方向为轴向纹理，符合金属疲劳试样的国家标准，且提高了加工效率，降低表面粗糙度值，普通研磨时油石相对金属疲劳试样运动一次，油石中磨粒切削刃只切削一次，而超声振动研磨时，油石上的每一个切削刃都在以每秒2-3万次的频率振动，进行微细研磨，加工效率高而且使金属疲劳试样表面产生均匀细密的切痕，表面粗糙度值减小，加工精度提高。
2、该超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，通过设置弹簧轴，能够通过调节螺母对弹簧轴外部的弹簧进行调整，在进行研磨的时候能够改变弹簧的形变量，从而改变油石对金属疲劳试样的研磨压力，并且在调节螺母位置不变的时候能够使压力稳定，保证研磨效果。
附图说明
图1为本发明主视立体结构示意图；
图2为本发明图1中A处放大结构示意图；
图3为本发明俯视结构示意图；
图4为本发明后视立体结构示意图。
图中：1、超声波发生器；2、调节螺母；4、弹簧轴；5、弹簧；6、压盖；7、双头螺柱；8、后顶尖；9、金属疲劳试样；10、前顶尖；11、油石；12、复合型变幅杆；13、超声底座；14、导轨；15、直流减速电机；16、电机固定支撑座；17、曲柄滑块短杆；18、第一连接杆；19、曲柄滑块长杆；20、第二连接杆；21、滑块；22、油石紧固螺钉；24、支架；25、连接螺栓；27、工作台；28、支撑架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，包括超声波发生器1和工作台27，工作台27的顶部通过连接螺栓25固定连接有支架24,支架24的顶部设置有导轨14，导轨14包括滑块导轨和机构导轨，滑块导轨和机构导轨通过螺栓相互连接，滑块导轨的顶部活动卡接有滑块21，机构导轨的顶部活动卡接有超声底座13，超声底座13的内部设置有弹簧轴4，弹簧轴4的外部套接有弹簧5，弹簧轴4的底部螺纹连接有调节螺母2，超声底座13通过限位杆滑动连接有复合型变幅杆12，复合型变幅杆12的中部活动连接有与弹簧轴4相适配的双头螺柱7，复合型变幅杆12的下方通过双头螺柱7连接有压电陶瓷换能器，超声波发生器1设置在工作台27的顶部，超声波发生器1通过导线与压电陶瓷换能器电连接，双头螺柱7的中间开设有与弹簧轴4相适配的孔，压电陶瓷换能器的底部设置有压盖6，滑块21的一侧面通过第二连接杆20活动连接有曲柄滑块长杆19，曲柄滑块长杆19的一端通过第一连接杆18活动连接有曲柄滑块短杆17，工作台27的顶部一侧固定连接有电机固定支撑座16，电机固定支撑座16的内部固定连接有直流减速电机15，直流减速电机15的输出轴与曲柄滑块短杆17的一端键连接，复合型变幅杆12的顶部通过油石紧固螺钉22固定连接有油石11，工作台27的顶部边缘固定连接有支撑架28，支撑架28包括头架和尾座，头架和尾座在工作台27的顶部对称设置，头架和尾座的顶部分别活动连接有前顶尖10和后顶尖8，前顶尖10和后顶尖8之间设置有金属疲劳试样9，金属疲劳试样9与油石11相适配，超声底座13的底部开设有与弹簧轴4相适配的凹槽，复合型变幅杆12的顶部开设有与油石11相适配的限位键槽。
使用时，通过直流减速电机15和曲柄滑块短杆17实现动力的输入，曲柄滑块短杆17、曲柄滑块长杆19、滑块21通过带螺纹的连接杆18和20连接，滑块21与超声底座13通过螺栓连接，将直流减速电机15的动能传输给超声研磨系统。为方便曲柄滑块机构的安装，滑块21与滑块导轨的连接采用半包围结构，在接触处采用梯形台设计，保证滑块运行精度。根据所用KA1320H外圆磨床结构及尺寸，机构导轨采用分离式设计，便于超声底座13安装方便，支架24两端与导轨通过螺栓连接安装。复合型变幅杆12与压电陶瓷换能器通过双头螺柱7和压盖6连接，压电陶瓷换能器上端面有两个限位柱，使换能器在研磨过程中不发生转动，双头螺杆中间的孔与弹簧轴4配合。复合型变幅杆12上的四个限位孔与超声底座13上的限位杆配合，起到固定及保证研磨精度的作用。在往复研磨过程中，弹簧轴4下曲面在导轨的凸台上沿金属疲劳试样9外曲线上下运动，保证弹簧的形变量不发生改变，即研磨压力保持不变，同时对加压弹簧起到一个限位作用。弹簧轴4与调节螺母2连接，通过调节螺母2的旋转上下转动，改变弹簧5的形变量，来改变研磨压力。弹簧轴4下端设计有凹槽，与超声底座13上的凸台相配合，限制弹簧轴4的旋转，保证旋转调节螺母2时，能够调节弹簧5的形变量。油石11安装在复合型变幅杆12上的油石孔内，键槽能够限制油石11的转动，且油石11和复合型变幅杆12通过紧固螺钉22进行固定，油石11上部的圆弧和圆角设计，能够增大油石11和金属疲劳试样9的接触面积，让油石11更加有效的对金属疲劳试样9进行研磨。金属疲劳试样9通过两个顶尖和工件装夹装备固定在机床上进行研磨。变幅杆换能器油石系统由弹簧5施加恒定的预压力，但在研磨过程中，由于超声振动的原因，载荷在快速的变化，且变化速度很快，该载荷对超声系统结构所产生的影响与静载荷相比差别很大，因此超声换能器的预紧压力必须看成是动载荷，模型在动载荷作用下的分析问题属于结构动力分析问题的范畴。因此对变幅杆换能器及油石系统的仿真需要进行模态分析和谐响应分析，计算出系统的固有频率和最大振幅及产生最大振幅时的频率。根据模态分析和谐响应分析，选用合适频率范围的超声波发生器1，超声波发生器1与压盖6通过传输线连接。
综上，本发明通过设置超声波发生器1，附加了超声振动，使油石按照一定的频率和一定的振幅在垂直于研磨方向上作高频振动，从而对金属疲劳试样9零件的轴向进行往复研磨，去除零件表面的周向纹理，加工得到的金属疲劳试样9的表面纹理方向为轴向纹理，符合金属疲劳试样9的国家标准，且提高了加工效率，降低表面粗糙度值，普通研磨时油石相对金属疲劳试样9运动一次，油石中磨粒切削刃只切削一次，而超声振动研磨时，油石上的每一个切削刃都在以每秒2-3万次的频率振动，进行微细研磨，加工效率高而且使金属疲劳试样9表面产生均匀细密的切痕，表面粗糙度值减小，加工精度提高，通过设置弹簧轴4，能够通过调节螺母2对弹簧轴4外部的弹簧5进行调整，在进行研磨的时候能够改变弹簧5的形变量，从而改变油石11对金属疲劳试样9的研磨压力，并且在调节螺母2位置不变的时候能够使压力稳定，保证研磨效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，包括超声波发生器(1)和工作台(27)，其特征在于：所述工作台(27)的顶部通过连接螺栓(25)固定连接有支架(24),所述支架(24)的顶部设置有导轨(14), 所述导轨包括滑块导轨和机构导轨，所述滑块导轨和机构导轨通过螺栓相互连接，所述滑块导轨的顶部活动卡接有滑块(21)，所述机构导轨的顶部活动卡接有超声底座(13)，所述超声底座(13)的内部设置有弹簧轴(4)，所述弹簧轴(4)的外部套接有弹簧(5)，所述弹簧轴(4)的底部螺纹连接有调节螺母(2)，所述超声底座(13)通过限位杆滑动连接有复合型变幅杆(12)，所述复合型变幅杆(12)的中部活动连接有与弹簧轴(4)相适配的双头螺柱(7)，所述复合型变幅杆(12)的下方通过双头螺柱(7)连接有压电陶瓷换能器，所述双头螺柱(7)的中间开设有与弹簧轴(4)相适配的孔，所述压电陶瓷换能器的底部设置有压盖(6)，所述滑块(21)的一侧面通过第二连接杆(20)活动连接有曲柄滑块长杆(19)，所述曲柄滑块长杆(19)的一端通过第一连接杆(18)活动连接有曲柄滑块短杆(17)，所述复合型变幅杆(12)的顶部通过油石紧固螺钉(22)固定连接有油石(11)。
2.根据权利要求1所述的一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，其特征在于：所述工作台(27)的顶部一侧固定连接有电机固定支撑座(16)，所述电机固定支撑座(16)的内部固定连接有直流减速电机(15)，所述直流减速电机(15)的输出轴与曲柄滑块短杆(17)的一端键连接。
3.根据权利要求1所述的一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，其特征在于：所述超声波发生器(1)设置在工作台(27)的顶部，所述超声波发生器(1)通过导线与压电陶瓷换能器电连接。
4.根据权利要求1所述的一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，其特征在于：所述工作台(27)的顶部边缘固定连接有支撑架(28)，所述支撑架(28)包括头架和尾座，所述头架和尾座在工作台(27)的顶部对称设置。
5.根据权利要求4所述的一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，其特征在于：所述头架和尾座的顶部分别活动连接有前顶尖(10)和后顶尖(8)，所述前顶尖(10)和后顶尖(8)之间设置有金属疲劳试样(9)，所述金属疲劳试样(9)与油石(11)相适配。
6.根据权利要求1所述的一种超声振动圆柱形疲劳试样整体式轴向纹理研磨机，其特征在于：所述超声底座(13)的内底壁开设有与弹簧轴(4)卡接的限位凹槽，所述弹簧轴(4)的底部卡接在限位凹槽的内部，所述复合型变幅杆(12)的顶部开设有与油石(11)相适配的限位键槽。
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