CN112276695A - 一种多维多角度可控的超声elid内圆磨削装置 - Google Patents

Abstract

一种多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，包括工作台、机床主轴、砂轮、轴向超声振动系统、第一无线电能传输系统、ELID在线电解修整系统、径向径向超声振动系统、第二无线电能传输系统和计算机控制系统，轴向超声振动系统通过刀柄固定安装在机床主轴的下端，砂轮固定安装在轴向超声振动系统的下端，ELID在线电解修整系统设置在轴向超声振动系统的右侧，工作台上固定安装有旋转减速电机，旋转减速电机的动力轴上端固定连接有转盘，径向超声振动系统安装在转盘上，径向超声振动系统上安装有圆形托盘。本发明能够在实现超声ELID内圆磨削的同时，对砂轮和工件进行不同维度、不同角度超声振动的可调控制，对研究超声ELID复合内圆磨削具有重要意义。

Description

一种多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置

技术领域

本发明属于超声复合加工装置技术领域，具体的说，涉及一种多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置。

背景技术

针对航空航天、精密仪表、高端机床工业等应用领域关注的难加工材料加工难的问题，近年来，一种将超声振动与ELID加工技术相复合磨削方法应运而生，结合这两种加工技术的优点，形成一种针对难加工材料的镜面高效加工技术。研究发现，在这种新型的超声ELID复合加工技术中，普通ELID磨削的加工机理发生了显著变化，超声作用的附加，产生了空化等一系列效应，使砂轮在线电解修整能力提高，砂轮上磨粒等高性的保持性增强，磨削质量提升。另外，超声作用的附加还改变了砂轮上磨粒与工件接触的作用线，使其运动轨迹成为正余弦曲线，增加了砂轮和工件的作用线长度，使工件加工效率和加工质量提高。另外，在多维超声ELID内圆复合磨削中，还发现二维以上维度超声作用的附加，会改变砂轮与工件的作用表面，使之产生不同的微观形貌和较大的残余压应力，甚至有时还可以形成抗疲劳性能良好的纳米晶组织等,但作用机理至今还未得到。为了更好地改善难加工材料的可加工性能，以及研究不同维度、角度超声复合作用的附加，对工件加工表面性能的影响，亟需设计一种多维多角度可调控的超声ELID内圆磨削装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，本发明操作简单、能够在实现超声ELID内圆磨削的同时，对砂轮和工件进行不同维度、不同角度超声振动的可调控制，对研究超声ELID复合内圆磨削中由于超声维度和超声复合角度改变对加工性能的影响，进而揭示这种新型的复合加工技术的科学本质具有重要的意义。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，包括工作台、机床主轴、砂轮、轴向超声振动系统、第一无线电能传输系统、ELID在线电解修整系统、径向超声振动系统、第二无线电能传输系统和计算机控制系统，工作台水平设置，机床主轴竖向设置在工作台的正上方，机床主轴的外部设置有固定在机床机架上的第一固定架，机床主轴的下端同轴固定连接有刀柄，轴向超声振动系统固定安装在刀柄上，砂轮固定安装在轴向超声振动系统的下端，ELID在线电解修整系统设置在第一固定架上且位于轴向超声振动系统的右侧，工作台上固定安装有第二固定架和旋转减速电机，旋转减速电机位于第二固定架的正下方，旋转减速电机的动力轴竖向设置且上端固定连接有位于第二固定架上方的转盘，径向超声振动系统设置有两套，两套径向超声振动系统的结构相同且呈一定夹角圆周布置安装在转盘的上表面，两套径向超声振动系统上安装有圆形托盘，圆形托盘上固定安装有具有中心孔的工件，砂轮伸入到工件的中心孔中，砂轮的外圆与工件的内圆接触，第一无线电能传输系统与轴向超声振动系统信号连接，第二无线电能传输系统与径向超声振动系统信号连接，计算机控制系统分别与第一无线电能传输系统、ELID在线电解修整系统、第二无线电能传输系统和旋转减速电机信号连接。

轴向超声振动系统包括第一换能器和第一变幅杆，第一换能器、第一变幅杆、机床主轴和刀柄的中心线重合，第一换能器的上端固定连接在刀柄的下端，第一变幅杆的上端固定连接在第一换能器的下端，砂轮同轴固定安装在第一变幅杆的下端外圆上。

第一无线电能传输系统包括第一超声波发生器、第一上感应盘和第一下感应盘，第一上感应盘和第一下感应盘均水平设置且上下并排对应设置，第一上感应盘和第一下感应盘均为环形盘，第一上感应盘和第一下感应盘均套在刀柄的外部，第一上感应盘的上表面固定连接在第一固定架的底部，第一下感应盘的下表面固定连接在第一换能器的顶部，第一超声波发生器通过信号导线与第一上感应盘连接，第一上感应盘与第一下感应盘通过无线信号传输连接，第一下感应盘通过信号导线与第一换能器连接，计算机控制系统与第一超声波发生器信号连接。

ELID在线电解修整系统包括电磁吸盘、固定套筒、ELID电源和磨削液喷嘴，第一固定架的右侧部通过若干根紧固螺钉固定连接有水平固定板，电磁吸盘和固定套筒的中心线均竖向设置，电磁吸盘的顶部吸附在水平固定板的下表面，电磁吸盘上固定设置有手柄，固定套筒的顶部固定连接在电磁吸盘的底部，固定套筒内插接有竖直支杆，竖直支杆的下侧部伸出固定套筒的下端，固定套筒的下侧部外壁上安装有两个锁紧螺栓，两个锁紧螺栓的内端伸入到固定套筒中并顶压在竖直支杆上，竖直支杆中部下侧固定安装有两个上下并排设置的绝缘夹板，两个绝缘夹板之间水平设有阳极连接架，两个绝缘夹板夹紧阳极连接架的右端部，阳极连接架的左端部固定安装有阳极碳刷，阳极碳刷的左侧部与第一换能器的外壁接触，阳极碳刷通过通电导线与ELID电源的阳极连接，竖直支杆的下端固定连接有阴极连接架，阴极连接架包括呈一体结构的上套管和下套管，上套管竖直设置，下套管沿左右方向水平设置，上套管的下端固定连接在下套管的中部上侧，上套管螺纹连接在竖直支杆的下端，下套管内同轴设置有内螺杆，内螺杆的左端向左伸出下套管的左端，下套管的左端部套设有左套管，左套管内设有内螺纹并与内螺杆的左侧部外圆螺纹连接，内螺杆的右侧部外圆与下套管的右侧部内圆螺纹连接，内螺杆的右端螺纹连接有与下套管的右端顶压配合的第一螺母，左套管的左端固定连接有阴极支杆，阴极支杆竖直设置，阴极支杆的下端伸入到工件的中心孔中且位于砂轮的右侧，阴极支杆的下端左侧固定连接有阴极铜质块，阴极铜质块呈圆弧板结构且圆心角为120°，阴极铜质块的圆心与砂轮的圆心重合，阴极铜质块与砂轮左右对应，阴极铜质块通过通电导线与ELID电源的阴极连接，磨削液喷嘴架设在阴极铜质块与砂轮之间的上方且位于工件的上方，磨削液喷嘴的喷射方向朝向砂轮设置，计算机控制系统与ELID电源信号连接。

转盘的上表面沿周向开设有顶部敞口且上小下大的第一T型滑槽，其中一套径向超声振动系统包括法兰支座、第二换能器和第二变幅杆，法兰支座竖向设置，法兰支座的中心孔、第二换能器和第二变幅杆的中心线均重合且沿转盘的径向设置，法兰支座的底部一体成型有底板，底板上安装有两根第一T型螺栓，第一T型螺栓的栓头匹配滑动设置在第一T型滑槽的下侧部中，第一T型螺栓的螺柱向上依次穿过第一T型滑槽的上侧口和底板，第一T型螺栓的螺柱上螺纹连接有第二螺母，第二螺母与底板上表面之间紧压有套在第一T型螺栓的螺柱上的垫片，第二变幅杆固定安装在法兰支座上，第二变幅杆贯穿法兰支座的中心孔，第二变幅杆呈外大内小的圆锥柱结构，第二变幅杆内端螺纹连接有第二T型螺栓，第二换能器固定安装在第二变幅杆的外端，圆形托盘水平设置在转盘的正上方，圆形托盘的外圆侧壁上沿周向开设有外侧敞口且外小内大的第二T型滑槽，第二T型螺栓的栓头匹配滑动设置在第二T型滑槽的内侧部中，第二T型螺栓的螺柱沿圆形托盘的径向向外穿出第二T型滑槽的外侧口并螺纹连接在第二变幅杆的内端，圆形托盘上表面中部设有四块用于固定夹持工件的扇形卡盘，四块扇形卡盘圆周阵列设置，扇形卡盘的圆心与圆形托盘的中心重合。

第二无线电能传输系统包括第二超声波发生器、第二上感应盘和第二下感应盘，第二上感应盘和第二下感应盘均水平设置且上下并排对应设置，第二上感应盘和第二下感应盘均为环形盘，第二上感应盘和第二下感应盘均套在旋转减速电机的动力轴外部，第二上感应盘的上表面固定连接在转盘的下表面，第二下感应盘的下表面固定连接在第二固定架的顶部，第二超声波发生器通过信号导线与第二下感应盘连接，第二下感应盘与第二上感应盘通过无线信号传输连接，第二上感应盘通过信号导线分别与两个第二换能器连接，计算机控制系统与第二超声波发生器信号连接。

转盘的上表面上开设有一个用于将第一T型螺栓的栓头装配到第一T型滑槽的下侧部中的第一长方孔，圆形托盘的的外圆侧壁上开设有一个用于将第二T型螺栓的栓头装配到第二T型滑槽的内侧部中的第二长方孔。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明的工作过程为：首先将工件通过四块扇形卡盘固定安装在圆形托盘上，根据工作要求，通过拧松各个第二螺母，使两个法兰支座能够与转盘保持松动，由于各根第一T型螺栓的栓头匹配滑动设置在第一T型滑槽的下侧部中，并且，第二变幅杆内端螺纹连接有第二T型螺栓，第二T型螺栓的栓头匹配滑动设置在第二T型滑槽的内侧部中，则第二变幅杆能够通过第二T型螺栓和第二T型滑槽的滑动配合绕圆形托盘的外周进行移动，如此，两个法兰支座能够通过相应的第一T型螺栓沿第一T型滑槽滑动，使两套径向超声振动系统整体均可在转盘上进行位置调控，进而调整两套径向超声振动系统之间的夹角，夹角在10-180°之间范围内任意调节，调节好两套径向超声振动系统之间的夹角后，再拧紧各个第二螺母，使两个法兰支座与转盘固定，然后，启动机床主轴，机床主轴带动刀柄带动、第一换能器、第一变幅杆和砂轮一起向下移动到工作位，使砂轮伸入到工件的中心孔中，通过调整电磁吸盘的位置及竖直支杆伸出固定套筒的长度，使阳极碳刷的左侧部与第一换能器的外壁接触，且阴极铜质块伸入到工件的中心孔中且位于砂轮的右侧，启动旋转减速电机，旋转减速电机的动力轴带动转盘、两套径向超声振动系统、圆形托盘和工件一起转动，同时，机床主轴通过刀柄带动、第一换能器、第一变幅杆和砂轮转动，打开第一超声波发生器，第一超声波发生器通过信号导线与第一上感应盘连接，第一超声波发生器将高频超声振动信号传至第一上感应盘，第一上感应盘将高频超声振动信号经无线传输传至第一下感应盘，第一下感应盘再将高频超声振动信号通过信号导线传至第一换能器，第一换能器带动第一变幅杆进行高频超声振动，从而第一变幅杆带动砂轮转动的同时进行轴向的高频超声振动，在此过程中，打开ELID电源，通过磨削液喷嘴朝向砂轮喷射磨削液和电解液，使砂轮在对工件的内圆进行ELID修正的同时，磨削液能够带走部分磨削热量，提高加工效果，打开第二超声波发生器，第二超声波发生器通过信号导线与第二下感应盘连接，第二超声波发生器将高频超声振动信号传至第二下感应盘，第二下感应盘将高频超声振动信号经无线传输传至第二上感应盘，第二上感应盘再将高频超声振动信号通过信号导线分别传至两个第二换能器，两个第二换能器分别带动相应的第二变幅杆进行高频超声振动，两个第二变幅杆分别在两个径向位置将高频超声振动传递到圆形托盘上，进而传递到工件上，使工件在两个径向位置进行高频超声振动，其中，由于第一换能器、第一变幅杆和砂轮的基体均为导电材料，阳极碳刷通过通电导线与ELID电源的阳极连接，阴极铜质块通过通电导线与ELID电源的阴极连接，则砂轮便成为ELID电解反应的阳极，阴极铜质块成为ELID电解反应的阴极，砂轮和阴极铜质块在磨削液喷嘴喷出的电解液作用下形成电路连通，使ELID电解反应发生，计算机控制系统能够通过第一超声波发生器、第二超声波发生器和ELID电源同时获得砂轮、工件和ELID在线电解修整系统的状态及相互影响程度，再由计算机控制系统给出反馈控制，使超声ELID内圆复合磨削得以动态、和谐、优化地进行，实现砂轮一维（轴向振动）、工件二维（两个径向振动）、砂轮一维（轴向振动）+工件一维（一个径向振动）、砂轮一维（轴向振动）+工件二维（两个径向振动）、砂轮二维（轴向振动、纵向扭转）、砂轮二维（轴向振动、纵向扭转）+工件一维（一个径向振动）以及砂轮二维（轴向振动、纵向扭转）+工件二维（两个径向振动）的多维超声ELID内圆复合磨削加工方式。

本发明的ELID在线电解修整系统采用电磁吸盘吸附在水平固定板的下表面，通过手柄能够对电磁吸盘进行快速安装和拆卸，操作十分方便，阳极连接架的右端部夹设在竖直支杆上的两个绝缘夹板之间，能够调节阳极连接架的夹持位置，使阳极碳刷与第一换能器（或机床主轴上导电零件接触），竖直支杆插接在固定套筒内，可以调整竖直支杆伸出固定套筒的长度，实现阳极连接架和阴极连接架的上下位置，阴极连接架通过内螺杆与左套管的螺纹配合调节阴极装置的位置，并通过第一螺母紧固，采用上述装置，调节方便，操作简便，降低了对操作人员的操作难度。

本发明在机床主轴上设置轴向超声振动系统，机床主轴右侧下方设置ELID在线电解修整系统，转盘上设置两套可调安装位置的径向超声振动系统，从而在实现超声ELID内圆磨削的同时，根据工作要求进行多维度超声振动控制，包括砂轮一维（轴向振动）、工件二维（两个径向振动）、砂轮一维（轴向振动）+工件一维（一个径向振动）、砂轮一维（轴向振动）+工件二维（两个径向振动）、砂轮二维（轴向振动、纵向扭转）、砂轮二维（轴向振动、纵向扭转）+工件一维（一个径向振动）以及砂轮二维（轴向振动、纵向扭转）+工件二维（两个径向振动）的多维超声ELID内圆复合磨削加工方式的可调控制，以及径向超声复合合振角度的调整控制，为揭示超声ELID内圆复合磨削的理论本质提供了必要条件，为硬脆材料超光滑表面高效加工在国防、航空航天等高技术领域的应用提供技术支撑，具有重要的理论价值和实用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的径向超声振动系统的俯视示意图。

图3为图1中A处局部放大图。

图4为图2中B处局部放大图。

图5是本发明的ELID在线电解修整系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1-5所示，一种多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，包括工作台1、机床主轴2、砂轮3、轴向超声振动系统、第一无线电能传输系统、ELID在线电解修整系统、径向超声振动系统、第二无线电能传输系统和计算机控制系统，工作台1水平设置，机床主轴2竖向设置在工作台1的正上方，机床主轴2的外部设置有固定在机床机架上的第一固定架4，机床主轴2的下端同轴固定连接有刀柄5，轴向超声振动系统固定安装在刀柄5上，砂轮3固定安装在轴向超声振动系统的下端，ELID在线电解修整系统设置在第一固定架4上且位于轴向超声振动系统的右侧，工作台1上固定安装有第二固定架6和旋转减速电机7，旋转减速电机7位于第二固定架6的正下方，旋转减速电机7的动力轴竖向设置且上端固定连接有位于第二固定架6上方的转盘8，径向超声振动系统设置有两套，两套径向超声振动系统的结构相同且呈一定夹角圆周布置安装在转盘8的上表面，两套径向超声振动系统上安装有圆形托盘9，圆形托盘9上固定安装有具有中心孔的工件10，砂轮3伸入到工件10的中心孔中，砂轮3的外圆与工件10的内圆接触，第一无线电能传输系统与轴向超声振动系统信号连接，第二无线电能传输系统与径向超声振动系统信号连接，计算机控制系统分别与第一无线电能传输系统、ELID在线电解修整系统、第二无线电能传输系统和旋转减速电机7信号连接。

轴向超声振动系统包括第一换能器11和第一变幅杆12，第一换能器11、第一变幅杆12、机床主轴2和刀柄5的中心线重合，第一换能器11的上端固定连接在刀柄5的下端，第一变幅杆12的上端固定连接在第一换能器11的下端，砂轮3同轴固定安装在第一变幅杆12的下端外圆上。

第一无线电能传输系统包括第一超声波发生器13、第一上感应盘14和第一下感应盘15，第一上感应盘14和第一下感应盘15均水平设置且上下并排对应设置，第一上感应盘14和第一下感应盘15均为环形盘，第一上感应盘14和第一下感应盘15均套在刀柄5的外部，第一上感应盘14的上表面固定连接在第一固定架4的底部，第一下感应盘15的下表面固定连接在第一换能器11的顶部，第一超声波发生器13通过信号导线16与第一上感应盘14连接，第一上感应盘14与第一下感应盘15通过无线信号传输连接，第一下感应盘15通过信号导线16与第一换能器11连接，计算机控制系统与第一超声波发生器13信号连接。

ELID在线电解修整系统包括电磁吸盘17、固定套筒18、ELID电源19和磨削液喷嘴20，第一固定架4的右侧部通过若干根紧固螺钉21固定连接有水平固定板22，电磁吸盘17和固定套筒18的中心线均竖向设置，电磁吸盘17的顶部吸附在水平固定板22的下表面，电磁吸盘17上固定设置有手柄23，固定套筒18的顶部固定连接在电磁吸盘17的底部，固定套筒18内插接有竖直支杆24，竖直支杆24的下侧部伸出固定套筒18的下端，固定套筒18的下侧部外壁上安装有两个锁紧螺栓25，两个锁紧螺栓25的内端伸入到固定套筒18中并顶压在竖直支杆24上，竖直支杆24中部下侧固定安装有两个上下并排设置的绝缘夹板26，两个绝缘夹板26之间水平设有阳极连接架27，两个绝缘夹板26夹紧阳极连接架27的右端部，阳极连接架27的左端部固定安装有阳极碳刷28，阳极碳刷28的左侧部与第一换能器11的外壁接触，阳极碳刷28通过通电导线29与ELID电源19的阳极连接，竖直支杆24的下端固定连接有阴极连接架30，阴极连接架30包括呈一体结构的上套管31和下套管32，上套管31竖直设置，下套管32沿左右方向水平设置，上套管31的下端固定连接在下套管32的中部上侧，上套管31螺纹连接在竖直支杆24的下端，下套管32内同轴设置有内螺杆33，内螺杆33的左端向左伸出下套管32的左端，下套管32的左端部套设有左套管34，左套管34内设有内螺纹并与内螺杆33的左侧部外圆螺纹连接，内螺杆33的右侧部外圆与下套管32的右侧部内圆螺纹连接，内螺杆33的右端螺纹连接有与下套管32的右端顶压配合的第一螺母35，左套管34的左端固定连接有阴极支杆36，阴极支杆36竖直设置，阴极支杆36的下端伸入到工件10的中心孔中且位于砂轮3的右侧，阴极支杆36的下端左侧固定连接有阴极铜质块37，阴极铜质块37呈圆弧板结构且圆心角为120°，阴极铜质块37的圆心与砂轮3的圆心重合，阴极铜质块37与砂轮3左右对应，阴极铜质块37通过通电导线29与ELID电源19的阴极连接，磨削液喷嘴20架设在阴极铜质块37与砂轮3之间的上方且位于工件10的上方，磨削液喷嘴20的喷射方向朝向砂轮3设置，计算机控制系统与ELID电源19信号连接。

转盘8的上表面沿周向开设有顶部敞口且上小下大的第一T型滑槽38，其中一套径向超声振动系统包括法兰支座39、第二换能器40和第二变幅杆41，法兰支座39竖向设置，法兰支座39的中心孔、第二换能器40和第二变幅杆41的中心线均重合且沿转盘8的径向设置，法兰支座39的底部一体成型有底板42，底板42上安装有两根第一T型螺栓43，第一T型螺栓43的栓头匹配滑动设置在第一T型滑槽38的下侧部中，第一T型螺栓43的螺柱向上依次穿过第一T型滑槽38的上侧口和底板42，第一T型螺栓43的螺柱上螺纹连接有第二螺母44，第二螺母44与底板42上表面之间紧压有套在第一T型螺栓43的螺柱上的垫片51，第二变幅杆41固定安装在法兰支座39上，第二变幅杆41贯穿法兰支座39的中心孔，第二变幅杆41呈外大内小的圆锥柱结构，第二变幅杆41内端螺纹连接有第二T型螺栓45，第二换能器40固定安装在第二变幅杆41的外端，圆形托盘9水平设置在转盘8的正上方，圆形托盘9的外圆侧壁上沿周向开设有外侧敞口且外小内大的第二T型滑槽46，第二T型螺栓45的栓头匹配滑动设置在第二T型滑槽46的内侧部中，第二T型螺栓45的螺柱沿圆形托盘9的径向向外穿出第二T型滑槽46的外侧口并螺纹连接在第二变幅杆41的内端，圆形托盘9上表面中部设有四块用于固定夹持工件10的扇形卡盘47，四块扇形卡盘47圆周阵列设置，扇形卡盘47的圆心与圆形托盘9的中心重合。

第二无线电能传输系统包括第二超声波发生器48、第二上感应盘49和第二下感应盘50，第二上感应盘49和第二下感应盘50均水平设置且上下并排对应设置，第二上感应盘49和第二下感应盘50均为环形盘，第二上感应盘49和第二下感应盘50均套在旋转减速电机7的动力轴外部，第二上感应盘49的上表面固定连接在转盘8的下表面，第二下感应盘50的下表面固定连接在第二固定架6的顶部，第二超声波发生器48通过信号导线16与第二下感应盘50连接，第二下感应盘50与第二上感应盘49通过无线信号传输连接，第二上感应盘49通过信号导线16分别与两个第二换能器40连接，计算机控制系统与第二超声波发生器48信号连接。

转盘8的上表面上开设有一个用于将第一T型螺栓43的栓头装配到第一T型滑槽38的下侧部中的第一长方孔52，圆形托盘9的的外圆侧壁上开设有一个用于将第二T型螺栓45的栓头装配到第二T型滑槽46的内侧部中的第二长方孔53。

计算机控制系统在图中未示出，本发明中的控制为常规技术，不涉及新的计算机程序。

本发明的工作过程为：首先将工件10通过四块扇形卡盘47固定安装在圆形托盘9上，根据工作要求，通过拧松各个第二螺母44，使两个法兰支座39能够与转盘8保持松动，由于各根第一T型螺栓43的栓头匹配滑动设置在第一T型滑槽38的下侧部中，并且，第二变幅杆41内端螺纹连接有第二T型螺栓45，第二T型螺栓45的栓头匹配滑动设置在第二T型滑槽46的内侧部中，则第二变幅杆41能够通过第二T型螺栓45和第二T型滑槽46的滑动配合绕圆形托盘9的外周进行移动，如此，两个法兰支座39能够通过相应的第一T型螺栓43沿第一T型滑槽38滑动，使两套径向超声振动系统整体均可在转盘8上进行位置调控，进而调整两套径向超声振动系统之间的夹角，夹角在10-180°之间范围内任意调节，调节好两套径向超声振动系统之间的夹角后，再拧紧各个第二螺母44，使两个法兰支座39与转盘8固定，然后，启动机床主轴2，机床主轴2带动刀柄5带动、第一换能器11、第一变幅杆12和砂轮3一起向下移动到工作位，使砂轮3伸入到工件10的中心孔中，通过调整电磁吸盘17的位置及竖直支杆24伸出固定套筒18的长度，使阳极碳刷28的左侧部与第一换能器11的外壁接触，且阴极铜质块37伸入到工件10的中心孔中且位于砂轮3的右侧，启动旋转减速电机7，旋转减速电机7的动力轴带动转盘8、两套径向超声振动系统、圆形托盘9和工件10一起转动，同时，机床主轴2通过刀柄5带动、第一换能器11、第一变幅杆12和砂轮3转动，打开第一超声波发生器13，第一超声波发生器13通过信号导线16与第一上感应盘14连接，第一超声波发生器13将高频超声振动信号传至第一上感应盘14，第一上感应盘14将高频超声振动信号经无线传输传至第一下感应盘15，第一下感应盘15再将高频超声振动信号通过信号导线16传至第一换能器11，第一换能器11带动第一变幅杆12进行高频超声振动，从而第一变幅杆12带动砂轮3转动的同时进行轴向的高频超声振动，在此过程中，打开ELID电源19，通过磨削液喷嘴20朝向砂轮3喷射磨削液和电解液，使砂轮3在对工件10的内圆进行ELID修正的同时，磨削液能够带走部分磨削热量，提高加工效果，打开第二超声波发生器48，第二超声波发生器48通过信号导线16与第二下感应盘50连接，第二超声波发生器48将高频超声振动信号传至第二下感应盘50，第二下感应盘50将高频超声振动信号经无线传输传至第二上感应盘49，第二上感应盘49再将高频超声振动信号通过信号导线16分别传至两个第二换能器40，两个第二换能器40分别带动相应的第二变幅杆41进行高频超声振动，两个第二变幅杆41分别在两个径向位置将高频超声振动传递到圆形托盘9上，进而传递到工件10上，使工件10在两个径向位置进行高频超声振动，其中，由于第一换能器11、第一变幅杆12和砂轮3的基体均为导电材料，阳极碳刷28通过通电导线29与ELID电源19的阳极连接，阴极铜质块37通过通电导线29与ELID电源19的阴极连接，则砂轮3便成为ELID电解反应的阳极，阴极铜质块37成为ELID电解反应的阴极，砂轮3和阴极铜质块37在磨削液喷嘴20喷出的电解液作用下形成电路连通，使ELID电解反应发生，计算机控制系统能够通过第一超声波发生器13、第二超声波发生器48和ELID电源19同时获得砂轮3、工件10和ELID在线电解修整系统的状态及相互影响程度，再由计算机控制系统给出反馈控制，使超声ELID内圆复合磨削得以动态、和谐、优化地进行，实现砂轮3一维（轴向振动）、工件10二维（两个径向振动）、砂轮3一维（轴向振动）+工件10一维（一个径向振动）、砂轮3一维（轴向振动）+工件10二维（两个径向振动）、砂轮3二维（轴向振动、纵向扭转）、砂轮3二维（轴向振动、纵向扭转）+工件10一维（一个径向振动）以及砂轮3二维（轴向振动、纵向扭转）+工件10二维（两个径向振动）的多维超声ELID内圆复合磨削加工方式。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，其特征在于：包括工作台、机床主轴、砂轮、轴向超声振动系统、第一无线电能传输系统、ELID在线电解修整系统、径向径向超声振动系统、第二无线电能传输系统和计算机控制系统，工作台水平设置，机床主轴竖向设置在工作台的正上方，机床主轴的外部设置有固定在机床机架上的第一固定架，机床主轴的下端同轴固定连接有刀柄，轴向超声振动系统固定安装在刀柄上，砂轮固定安装在轴向超声振动系统的下端，ELID在线电解修整系统设置在第一固定架上且位于轴向超声振动系统的右侧，工作台上固定安装有第二固定架和旋转减速电机，旋转减速电机位于第二固定架的正下方，旋转减速电机的动力轴竖向设置且上端固定连接有位于第二固定架上方的转盘，径向超声振动系统设置有两套，两套径向超声振动系统的结构相同且呈一定夹角圆周布置安装在转盘的上表面，两套径向超声振动系统上安装有圆形托盘，圆形托盘上固定安装有具有中心孔的工件，砂轮伸入到工件的中心孔中，砂轮的外圆与工件的内圆接触，第一无线电能传输系统与轴向超声振动系统信号连接，第二无线电能传输系统与径向超声振动系统信号连接，计算机控制系统分别与第一无线电能传输系统、ELID在线电解修整系统、第二无线电能传输系统和旋转减速电机信号连接。

2.根据权利要求1所述的多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，其特征在于：轴向超声振动系统包括第一换能器和第一变幅杆，第一换能器、第一变幅杆、机床主轴和刀柄的中心线重合，第一换能器的上端固定连接在刀柄的下端，第一变幅杆的上端固定连接在第一换能器的下端，砂轮同轴固定安装在第一变幅杆的下端外圆上。

3.根据权利要求2所述的多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，其特征在于：第一无线电能传输系统包括第一超声波发生器、第一上感应盘和第一下感应盘，第一上感应盘和第一下感应盘均水平设置且上下并排对应设置，第一上感应盘和第一下感应盘均为环形盘，第一上感应盘和第一下感应盘均套在刀柄的外部，第一上感应盘的上表面固定连接在第一固定架的底部，第一下感应盘的下表面固定连接在第一换能器的顶部，第一超声波发生器通过信号导线与第一上感应盘连接，第一上感应盘与第一下感应盘通过无线信号传输连接，第一下感应盘通过信号导线与第一换能器连接，计算机控制系统与第一超声波发生器信号连接。

4.根据权利要求1或3所述的多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，其特征在于：ELID在线电解修整系统包括电磁吸盘、固定套筒、ELID电源和磨削液喷嘴，第一固定架的右侧部通过若干根紧固螺钉固定连接有水平固定板，电磁吸盘和固定套筒的中心线均竖向设置，电磁吸盘的顶部吸附在水平固定板的下表面，电磁吸盘上固定设置有手柄，固定套筒的顶部固定连接在电磁吸盘的底部，固定套筒内插接有竖直支杆，竖直支杆的下侧部伸出固定套筒的下端，固定套筒的下侧部外壁上安装有两个锁紧螺栓，两个锁紧螺栓的内端伸入到固定套筒中并顶压在竖直支杆上，竖直支杆中部下侧固定安装有两个上下并排设置的绝缘夹板，两个绝缘夹板之间水平设有阳极连接架，两个绝缘夹板夹紧阳极连接架的右端部，阳极连接架的左端部固定安装有阳极碳刷，阳极碳刷的左侧部与第一换能器的外壁接触，阳极碳刷通过通电导线与ELID电源的阳极连接，竖直支杆的下端固定连接有阴极连接架，阴极连接架包括呈一体结构的上套管和下套管，上套管竖直设置，下套管沿左右方向水平设置，上套管的下端固定连接在下套管的中部上侧，上套管螺纹连接在竖直支杆的下端，下套管内同轴设置有内螺杆，内螺杆的左端向左伸出下套管的左端，下套管的左端部套设有左套管，左套管内设有内螺纹并与内螺杆的左侧部外圆螺纹连接，内螺杆的右侧部外圆与下套管的右侧部内圆螺纹连接，内螺杆的右端螺纹连接有与下套管的右端顶压配合的第一螺母，左套管的左端固定连接有阴极支杆，阴极支杆竖直设置，阴极支杆的下端伸入到工件的中心孔中且位于砂轮的右侧，阴极支杆的下端左侧固定连接有阴极铜质块，阴极铜质块呈圆弧板结构且圆心角为120°，阴极铜质块的圆心与砂轮的圆心重合，阴极铜质块与砂轮左右对应，阴极铜质块通过通电导线与ELID电源的阴极连接，磨削液喷嘴架设在阴极铜质块与砂轮之间的上方且位于工件的上方，磨削液喷嘴的喷射方向朝向砂轮设置，计算机控制系统与ELID电源信号连接。

5.根据权利要求1或3所述的多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，其特征在于：转盘的上表面沿周向开设有顶部敞口且上小下大的第一T型滑槽，其中一套径向超声振动系统包括法兰支座、第二换能器和第二变幅杆，法兰支座竖向设置，法兰支座的中心孔、第二换能器和第二变幅杆的中心线均重合且沿转盘的径向设置，法兰支座的底部一体成型有底板，底板上安装有两根第一T型螺栓，第一T型螺栓的栓头匹配滑动设置在第一T型滑槽的下侧部中，第一T型螺栓的螺柱向上依次穿过第一T型滑槽的上侧口和底板，第一T型螺栓的螺柱上螺纹连接有第二螺母，第二螺母与底板上表面之间紧压有套在第一T型螺栓的螺柱上的垫片，第二变幅杆固定安装在法兰支座上，第二变幅杆贯穿法兰支座的中心孔，第二变幅杆呈外大内小的圆锥柱结构，第二变幅杆内端螺纹连接有第二T型螺栓，第二换能器固定安装在第二变幅杆的外端，圆形托盘水平设置在转盘的正上方，圆形托盘的外圆侧壁上沿周向开设有外侧敞口且外小内大的第二T型滑槽，第二T型螺栓的栓头匹配滑动设置在第二T型滑槽的内侧部中，第二T型螺栓的螺柱沿圆形托盘的径向向外穿出第二T型滑槽的外侧口并螺纹连接在第二变幅杆的内端，圆形托盘上表面中部设有四块用于固定夹持工件的扇形卡盘，四块扇形卡盘圆周阵列设置，扇形卡盘的圆心与圆形托盘的中心重合。

6.根据权利要求5所述的多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，其特征在于：第二无线电能传输系统包括第二超声波发生器、第二上感应盘和第二下感应盘，第二上感应盘和第二下感应盘均水平设置且上下并排对应设置，第二上感应盘和第二下感应盘均为环形盘，第二上感应盘和第二下感应盘均套在旋转减速电机的动力轴外部，第二上感应盘的上表面固定连接在转盘的下表面，第二下感应盘的下表面固定连接在第二固定架的顶部，第二超声波发生器通过信号导线与第二下感应盘连接，第二下感应盘与第二上感应盘通过无线信号传输连接，第二上感应盘通过信号导线分别与两个第二换能器连接，计算机控制系统与第二超声波发生器信号连接。

7.根据权利要求5所述的多维多角度可控的超声ELID内圆磨削装置，其特征在于：转盘的上表面上开设有一个用于将第一T型螺栓的栓头装配到第一T型滑槽的下侧部中的第一长方孔，圆形托盘的的外圆侧壁上开设有一个用于将第二T型螺栓的栓头装配到第二T型滑槽的内侧部中的第二长方孔。

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