CN114161268A - 磨削装置及方法 - Google Patents

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梁志强
李光
杜宇超
王春健
张孝辉
李红星
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Abstract

本发明涉及一种磨削装置及方法，装置包括打磨组件(1)、工作台(2)、磨削液喷射器(3)和振动设备(4)，所述振动设备(4)包括振动杆(44)，所述振动杆(44)位于所述磨削液喷射器(3)的喷射路径上。本发明可以减少磨屑在工件表面的粘附及对工件表面划伤的情况，并能抑制砂轮堵塞，以提高磨削加工质量。

Description

磨削装置及方法
技术领域
本发明涉及一种磨削装置及方法。
背景技术
超高强度钢因其超高的强度、出色的耐腐蚀能力以及优异的抗摩擦性能而被广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等重要领域，其中，以航天器精密驱动传动机构关键件----齿轮为代表的超高强度钢产品是实现航天器轻量化、大负载、长寿命、高可靠的重要保证。在这类精密零部件的制造过程中，磨削是保证其形位精度以及表面质量的重要一环。而由于超高强度钢具有高强度、高硬度的特性，因此在磨削加工中极易产生较大的磨削力与磨削热，导致零件表面烧伤，还会使得磨屑粘附在零件表面或堵塞砂轮，从而严重影响零件的加工表面质量。可见，现有的超高强度钢磨削加工工艺已经不能满足加工需求，因此如何设计一种能够实现超高强度钢高质量磨削加工的磨削方案成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磨削装置及方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种磨削装置及方法，装置包括打磨组件、工作台、磨削液喷射器和振动设备，所述振动设备包括振动杆，所述振动杆位于所述磨削液喷射器的喷射路径上。
根据本发明的一个方面，所述振动设备还包括超声波发生器、换能器和变幅杆；
所述换能器与所述超声波发生器连接，所述变幅杆设置在所述换能器上，所述振动杆设置在所述变幅杆上。
根据本发明的一个方面，所述超声波发生器可利用所述换能器和所述变幅杆向所述振动杆施加轴向振动，振动频率为20KHz-50KHz。
根据本发明的一个方面，所述打磨组件包括砂轮和主轴，所述砂轮设置在所述主轴上。
根据本发明的一个方面，所述砂轮可被所述主轴带动旋转，旋转的线速度为20m/s-25m/s。
根据本发明的一个方面，所述工作台用于带动工件做进给运动，进给速度为500mm/min-2000mm/min。
根据本发明的一个方面，所述磨削液喷射器喷射磨削液的速度为5L/min-10L/min，所述磨削液为水基磨削液。
磨削方法，包括以下步骤：
a、组装磨削装置并将工件放置在工作台上；
b、使砂轮旋转并通过工作台带动工件做进给运动；
c、使磨削液喷射器向砂轮与工件接触区域喷射磨削液。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，将砂轮安装在主轴上，将振动杆设置在磨削液喷射路径上，使振动杆轴线对准砂轮与工件接触区域，将磨削液喷射器的喷口对准砂轮与工件接触区域。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(c)中，在磨削液喷射期间，通过超声波发生器对振动杆施加轴向振动。
根据本发明的构思，利用超声振动发生装置对磨削液进行超声振动，从而激发磨削液的超声空化效应，使得磨削液可以对工件加工表面以及砂轮表面进行超声清洗。由此，在切削液超声振动产生的空化作用下，可以减少磨屑在工件表面的粘附以及堵塞砂轮，从而减少了残留磨屑对工件表面划伤的情况，提高了磨削加工质量。并且，本发明对同类材料产品的加工也具备很好的适应性，具有推广价值。
附图说明
图1示意性表示本发明的一种实施方式的磨削装置的组成图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1，本发明的磨削装置适用于航天器用超高强度不锈钢齿轮以及其他领域同类产品的表面磨削加工。本装置包括打磨组件1、工作台2、磨削液喷射器3(图示为其喷嘴)和振动设备4。根据本发明的构思，振动设备4包括振动杆44，其设置在磨削液喷射器3的喷射路径上，从而可以激发磨削液产生空化效应，以减少磨屑在工件A表面的粘附以及堵塞打磨组件1，并减少磨屑对工件A表面的划伤，从而提高磨削加工质量。
本发明中，振动设备4还包括超声波发生器41、换能器42和变幅杆43。换能器42与超声波发生器41连接，变幅杆43设置在换能器42上，振动杆44设置在变幅杆43上。如此，超声波发生器41可利用换能器42和变幅杆43的相互作用，向振动杆44施加超声波轴向振动，振动频率为20KHz-50KHz。这一频率区间设置的目的在于，空化效应的产生必须使外加负压超过分子内聚力，才能把液体拉破产生空化气泡，这就需要足够强度的超声能量，而20Khz是超声波临界频率，则振动频率需要高于超声振动的临界频率才能产生超声空化效果，另一方面，超声频率也不宜选取过大，否则将会需要更大的超声波强度才能引起空化，而超声强度过高反又会产生大量无用气泡而增加散射衰减，因此，将上限设置为50Khz。振动方向保持与振动杆44的轴线方向一致，从而使振动杆44对磨削液进行超声空化。
本发明中，打磨组件1包括砂轮11和主轴12，砂轮11设置在主轴12上。其中，砂轮11在转动过程中的线速度为20m/s-25m/s。如此设置旋转线速度的范围可以保证在磨削过程中，不会因磨削速度过小而使磨削力过大，或是导致工件表面粗糙度过高，并且，还能保证磨削温度不会因为磨削速度过高而急剧上升，从而导致砂轮磨损严重及工件表面烧伤。工作台2用于带动工件做进给运动，进给速度为500mm/min-2000mm/min。如此，可以保证磨削效率以及磨削力的有效控制，并可防止磨屑的过度粘附而降低加工质量。磨削液喷射器3喷射磨削液的速度为5L/min-10L/min，磨削液为水基磨削液。如此，可以保证有足够的磨削液对砂轮与工件接触表面进行冷却润滑，从而防止磨削温度较高导致加工质量变差。并且，充足的磨削液还可保证加工区域能够产生磨削液空化效应，以达到对砂轮、工件表面清洗的作用。
本发明的磨削方法，首先，对磨削装置进行组装，并将待加工的工件A装夹在工作台2上。具体的，先将砂轮11安装在主轴12上，从而可以通过主轴12的旋转带动砂轮11转动以实现磨削加工。随后，设置振动设备4，将振动杆44设置在磨削液喷射路径上，并使振动杆44的轴线对准砂轮11与工件A的接触区域(即磨削区域)。同时，还需设置磨削液喷射器3的位置，将其喷口方向对准砂轮11与工件A的接触区域。
然后，即可使砂轮11旋转，并通过工作台2的移动带动工件A做进给运动，再使磨削液喷射器3向砂轮11与工件A的接触区域喷射磨削液，从而进行磨削加工。在磨削液喷射期间，通过超声波发生器41与换能器42和变幅杆43的共同作用对振动杆44施加超声波轴向振动，进而对磨削液喷射器3喷射出的磨削液施加超声振动，以激发磨削液的超声空化效应作用于砂轮11与工件A的磨削区域。
综上所述，本发明的磨削装置针对超高强度钢磨削加工的特点，利用振动设备对磨削液进行超声振动，从而激发磨削液的超声空化效应，空化效应产生的空泡在溃灭时形成高速的微射流冲向工件磨削表面，从而减少了磨屑对工件表面的粘附，也抑制了磨屑对砂轮的堵塞，并降低了残留磨屑对工件表面划伤的情况，从而提高了磨削加工工艺及加工表面的质量，实现了超高强度钢的精密磨削加工。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磨削装置，包括打磨组件(1)、工作台(2)、磨削液喷射器(3)和振动设备(4)，其特征在于，所述振动设备(4)包括振动杆(44)，所述振动杆(44)位于所述磨削液喷射器(3)的喷射路径上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振动设备(4)还包括超声波发生器(41)、换能器(42)和变幅杆(43)；
所述换能器(42)与所述超声波发生器(41)连接，所述变幅杆(43)设置在所述换能器(42)上，所述振动杆(44)设置在所述变幅杆(43)上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述超声波发生器(41)可向所述振动杆(44)施加轴向振动，振动频率为20KHz-50KHz。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述打磨组件(1)包括砂轮(11)和主轴(12)，所述砂轮(11)设置在所述主轴(12)上。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述砂轮(11)可被所述主轴(12)带动旋转，旋转的线速度为20m/s-25m/s。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工作台(2)用于带动工件做进给运动，进给速度为500mm/min-2000mm/min。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磨削液喷射器(3)喷射磨削液的速度为5L/min-10L/min，所述磨削液为水基磨削液。
8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的磨削装置进行磨削的方法，包括以下步骤：
a、组装磨削装置并将工件放置在工作台(2)上；
b、使砂轮(11)旋转并通过工作台(2)带动工件做进给运动；
c、使磨削液喷射器(3)向砂轮(11)与工件接触区域喷射磨削液。
9.根据利要求8所述的磨削方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，将砂轮(11)安装在主轴(12)上，将振动杆(44)设置在磨削液喷射路径上，使振动杆(44)轴线对准砂轮(11)与工件接触区域，将磨削液喷射器(3)的喷口对准砂轮(11)与工件接触区域。
10.根据利要求8所述的磨削方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，在磨削液喷射期间，通过超声波发生器(41)对振动杆(44)施加轴向振动。
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