CN117047572A - 一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具 - Google Patents

一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及珩磨加工技术领域，具体是一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，其包括刀座、若干个压电陶瓷片A、端盖、紧固螺栓A、变幅杆、挠性螺杆、油石条、两个陀螺仪、前油石座、两根紧固螺栓B、两个压电陶瓷片B、后油石座、若干个压电陶瓷片C、前传动盘、紧固螺栓C、两个应变传感器、后传动盘、两根紧固螺栓D，其中，刀座的上端面中央开设有盲螺孔A，刀座的下端面中央开设有盲螺孔B，每个压电陶瓷片A的端面中央均贯通开设有紧固孔A，各个压电陶瓷片A自下而上层叠构成第一压电晶堆，其有效解决了现有珩磨加工技术加工效率较低、加工精度较差、加工范围受限的问题，适用于珩磨加工。

Description

一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具
技术领域
本发明涉及珩磨加工技术领域，具体是一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具。
背景技术
珩磨加工广泛应用于金属及其他材料的内孔加工，是非常重要的磨削加工方式。然而在实际应用中，现有珩磨加工技术由于珩磨刀具的结构所限，存在如下问题：其一，在现有珩磨加工技术中，珩磨刀具只能进行单频超声振动，由此导致加工效率较低、加工精度较差。其二，在现有珩磨加工技术中，珩磨刀具无法精准调控油石条与工件之间的平行度及接触力，由此导致加工精度较差。其三，在现有珩磨加工技术中，珩磨刀具难以实现大径深比的深孔加工，由此导致加工范围受限。基于此，有必要发明一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，以解决现有珩磨加工技术加工效率较低、加工精度较差、加工范围受限的问题。
发明内容
本发明为了解决现有珩磨加工技术加工效率较低、加工精度较差、加工范围受限的问题，提供了一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，包括刀座、若干个压电陶瓷片A、端盖、紧固螺栓A、变幅杆、挠性螺杆、油石条、两个陀螺仪、前油石座、两根紧固螺栓B、两个压电陶瓷片B、后油石座、若干个压电陶瓷片C、前传动盘、紧固螺栓C、两个应变传感器、后传动盘、两根紧固螺栓D；
其中，刀座的上端面中央开设有盲螺孔A；刀座的下端面中央开设有盲螺孔B；
每个压电陶瓷片A的端面中央均贯通开设有紧固孔A；各个压电陶瓷片A自下而上层叠构成第一压电晶堆；第一压电晶堆的下端面与刀座的上端面对接；
端盖的端面中央贯通开设有紧固孔B；端盖的下端面与第一压电晶堆的上端面对接；
紧固螺栓A贯穿紧固孔B和各个紧固孔A，且紧固螺栓A的尾端旋拧于盲螺孔A内；
变幅杆的上端面中央延伸设置有螺柱，且螺柱旋拧于盲螺孔B内；变幅杆的下端面中央开设有盲螺孔C；
挠性螺杆的上端旋拧于盲螺孔C内；挠性螺杆的下端面延伸设置有凸板，且凸板的表面贯通开设有两个上下分布的紧固孔C；
油石条的前表面为弧面；油石条的后表面开设有两个上下分布的凹腔A和两个上下分布的盲螺孔D；
两个陀螺仪分别嵌设于两个凹腔A内；
前油石座的前表面开设有两个上下分布的凹腔B，且两个凹腔B分别扣设于两个陀螺仪上；前油石座的后表面开设有两个上下分布的凹腔C；前油石座的表面中央贯通开设有通螺孔A；前油石座的表面贯通开设有两个上下分布的紧固孔D；
两根紧固螺栓B分别贯穿两个紧固孔D，且两根紧固螺栓B的尾端分别旋拧于两个盲螺孔D内；
两个压电陶瓷片B分别嵌设于两个凹腔C内；
后油石座的前表面开设有两个上下分布的凹腔D，且两个凹腔D分别扣设于两个压电陶瓷片B上；后油石座的表面中央贯通开设有紧固孔E；
每个压电陶瓷片C的端面中央均贯通开设有紧固孔F；各个压电陶瓷片C由前向后层叠构成第二压电晶堆；第二压电晶堆的前端面与后油石座的后表面对接；
前传动盘的前端面与第二压电晶堆的后端面对接；前传动盘的后端面开设有两个左右分布的凹腔E；前传动盘的端面中央贯通开设有紧固孔G；前传动盘的端面贯通开设有两个上下分布的通螺孔B；
紧固螺栓C贯穿紧固孔G、各个紧固孔F、紧固孔E，且紧固螺栓C的尾端旋拧于通螺孔A内；
两个应变传感器分别嵌设于两个凹腔E内；
后传动盘的前端面中央开设有凹腔F，且凹腔F扣设于紧固螺栓C上；后传动盘的前端面开设有两个左右分布的凹腔G，且两个凹腔G分别扣设于两个应变传感器上；后传动盘的端面贯通开设有两个上下分布的紧固孔H；
两根紧固螺栓D分别贯穿两个紧固孔C和两个紧固孔H，且两根紧固螺栓D的尾端分别旋拧于两个通螺孔B内。
工作时，端盖的上端面与机床的主轴下端面偏心固定，第一压电晶堆和第二压电晶堆均与超声波发生器连接，两个陀螺仪和两个应变传感器均与机床的上位机连接，两个压电陶瓷片B分别与两个压电陶瓷驱动电源连接，两个压电陶瓷驱动电源均与机床的上位机连接，油石条的前表面与工件的内孔表面接触。
具体工作过程如下：启动机床，机床的主轴进行旋转，由此驱动本发明进行旋转。同时，启动超声波发生器，超声波发生器将市电转换为超声频交变电流信号，并将超声频交变电流信号传输至第一压电晶堆和第二压电晶堆，第一压电晶堆将超声频交变电流信号转换为轴向超声振动，第二压电晶堆将超声频交变电流信号转换为径向超声振动，轴向超声振动和径向超声振动共同作用于油石条（轴向超声振动依次经刀座、变幅杆、挠性螺杆、后传动盘、前传动盘、第二压电晶堆、后油石座、前油石座传导至油石条，径向超声振动依次经后油石座、前油石座传导至油石条），由此使得油石条进行双频超声复合振动。此时，双频超声复合振动使得油石条的前表面与工件的内孔表面之间存在介观尺度的空隙，达到了空化现象发生的条件。在接触力与空化效应的协同作用下，工件材料被去除，由此实现珩磨加工。
在上述过程中，径向超声振动在传导时不经过变幅杆，因此其振幅很低（仅为亚微米级或微米级），振幅很低的径向超声振动能够使得空泡溃灭、微射流速度降低，由此防止工件的内孔表面出现射流凹坑，从而有效提高加工效率和加工精度。两个陀螺仪实时监测油石条的空间位姿，并将监测结果实时发送至机床的上位机。机床的上位机根据油石条的空间位姿实时调控两个压电陶瓷驱动电源的电压，使得两个压电陶瓷片B进行膨胀或回缩，由此精准调控油石条与工件之间的平行度。两个应变传感器实时监测珩磨压力，并将监测结果实时发送至机床的上位机。机床的上位机根据珩磨压力实时调控两个压电陶瓷驱动电源的电压，使得两个压电陶瓷片B进行膨胀或回缩，由此精准调控油石条与工件之间的接触力。
基于上述过程，与现有珩磨加工技术相比，本发明所述的一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本发明能够进行双频超声复合振动，由此有效提高了加工效率和加工精度。其二，本发明通过设置两个陀螺仪、两个应变传感器、两个压电陶瓷片B，实现了精准调控油石条与工件之间的平行度及接触力，由此有效提高了加工精度。其三，本发明通过设置挠性螺杆，实现了大径深比的深孔加工，由此使得加工范围不再受限。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有珩磨加工技术加工效率较低、加工精度较差、加工范围受限的问题，适用于珩磨加工。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是图1的部分结构示意图。
图3是图2的部分结构示意图。
图4是图3的部分结构示意图。
图5是图4的部分结构示意图。
图6是图5的部分结构示意图。
图7是图6的部分结构示意图一。
图8是图7的部分结构示意图。
图9是图6的部分结构示意图二。
图10是图9的部分结构示意图。
图11是图10的部分结构示意图。
图12是图11的部分结构示意图。
图13是图12的部分结构示意图。
图14是图13的部分结构示意图。
图15是图14的部分结构示意图。
图16是图15的部分结构示意图。
图17是图16的部分结构示意图。
图18是图17的部分结构示意图。
图19是图6的另一角度结构示意图。
图20是图19的部分结构示意图一。
图21是图19的部分结构示意图二。
图22是图21的部分结构示意图。
图23是图22的部分结构示意图。
图24是图23的部分结构示意图。
图25是图24的部分结构示意图。
图26是图25的部分结构示意图。
图27是图26的部分结构示意图。
图28是图27的部分结构示意图。
图29是图28的部分结构示意图。
图30是本发明中刀座的立体结构示意图。
图31是本发明中变幅杆的立体结构示意图。
图中：1-刀座，1.1-盲螺孔A，1.2-盲螺孔B，2-压电陶瓷片A，2.1-紧固孔A，3-端盖，3.1-紧固孔B，4-紧固螺栓A，5-变幅杆，5.1-螺柱，5.2-盲螺孔C，6-挠性螺杆，6.1-凸板，6.2-紧固孔C，7-油石条，7.1-凹腔A，7.2-盲螺孔D，8-陀螺仪，9-前油石座，9.1-凹腔B，9.2-凹腔C，9.3-通螺孔A，9.4-紧固孔D，10-紧固螺栓B，11-压电陶瓷片B，12-后油石座，12.1-凹腔D， 12.2-紧固孔E，13-压电陶瓷片C，13.1-紧固孔F，14-前传动盘，14.1-凹腔E，14.2-紧固孔G，14.3-通螺孔B，15-紧固螺栓C，16-应变传感器，17-后传动盘，17.1-凹腔F，17.2-凹腔G，17.3-紧固孔H，18-紧固螺栓D。
具体实施方式
一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，包括刀座1、若干个压电陶瓷片A2、端盖3、紧固螺栓A4、变幅杆5、挠性螺杆6、油石条7、两个陀螺仪8、前油石座9、两根紧固螺栓B10、两个压电陶瓷片B11、后油石座12、若干个压电陶瓷片C13、前传动盘14、紧固螺栓C15、两个应变传感器16、后传动盘17、两根紧固螺栓D18；
其中，刀座1的上端面中央开设有盲螺孔A1.1；刀座1的下端面中央开设有盲螺孔B1.2；
每个压电陶瓷片A2的端面中央均贯通开设有紧固孔A2.1；各个压电陶瓷片A2自下而上层叠构成第一压电晶堆；第一压电晶堆的下端面与刀座1的上端面对接；
端盖3的端面中央贯通开设有紧固孔B3.1；端盖3的下端面与第一压电晶堆的上端面对接；
紧固螺栓A4贯穿紧固孔B3.1和各个紧固孔A2.1，且紧固螺栓A4的尾端旋拧于盲螺孔A1.1内；
变幅杆5的上端面中央延伸设置有螺柱5.1，且螺柱5.1旋拧于盲螺孔B1.2内；变幅杆5的下端面中央开设有盲螺孔C5.2；
挠性螺杆6的上端旋拧于盲螺孔C5.2内；挠性螺杆6的下端面延伸设置有凸板6.1，且凸板6.1的表面贯通开设有两个上下分布的紧固孔C6.2；
油石条7的前表面为弧面；油石条7的后表面开设有两个上下分布的凹腔A7.1和两个上下分布的盲螺孔D7.2；
两个陀螺仪8分别嵌设于两个凹腔A7.1内；
前油石座9的前表面开设有两个上下分布的凹腔B9.1，且两个凹腔B9.1分别扣设于两个陀螺仪8上；前油石座9的后表面开设有两个上下分布的凹腔C9.2；前油石座9的表面中央贯通开设有通螺孔A9.3；前油石座9的表面贯通开设有两个上下分布的紧固孔D9.4；
两根紧固螺栓B10分别贯穿两个紧固孔D9.4，且两根紧固螺栓B10的尾端分别旋拧于两个盲螺孔D7.2内；
两个压电陶瓷片B11分别嵌设于两个凹腔C9.2内；
后油石座12的前表面开设有两个上下分布的凹腔D12.1，且两个凹腔D12.1分别扣设于两个压电陶瓷片B11上；后油石座12的表面中央贯通开设有紧固孔E12.2；
每个压电陶瓷片C13的端面中央均贯通开设有紧固孔F13.1；各个压电陶瓷片C13由前向后层叠构成第二压电晶堆；第二压电晶堆的前端面与后油石座12的后表面对接；
前传动盘14的前端面与第二压电晶堆的后端面对接；前传动盘14的后端面开设有两个左右分布的凹腔E14.1；前传动盘14的端面中央贯通开设有紧固孔G14.2；前传动盘14的端面贯通开设有两个上下分布的通螺孔B14.3；
紧固螺栓C15贯穿紧固孔G14.2、各个紧固孔F13.1、紧固孔E12.2，且紧固螺栓C15的尾端旋拧于通螺孔A9.3内；
两个应变传感器16分别嵌设于两个凹腔E14.1内；
后传动盘17的前端面中央开设有凹腔F17.1，且凹腔F17.1扣设于紧固螺栓C15上；后传动盘17的前端面开设有两个左右分布的凹腔G17.2，且两个凹腔G17.2分别扣设于两个应变传感器16上；后传动盘17的端面贯通开设有两个上下分布的紧固孔H17.3；
两根紧固螺栓D18分别贯穿两个紧固孔C6.2和两个紧固孔H17.3，且两根紧固螺栓D18的尾端分别旋拧于两个通螺孔B14.3内。
所述刀座1包括圆柱段和圆台段；圆柱段的上端面作为刀座1的上端面；圆台段的粗端面与圆柱段的下端面固定为一体；圆台段的细端面作为刀座1的下端面。
压电陶瓷片A2的数目为四个；压电陶瓷片C13的数目为两个。
紧固孔B3.1、两个紧固孔D9.4、紧固孔G14.2均为沉头孔。
两个凹腔A7.1、两个凹腔B9.1均为矩形凹腔；两个凹腔C9.2、两个凹腔D12.1、两个凹腔E14.1、凹腔F17.1、两个凹腔G17.2均为圆形凹腔。
两个应变传感器16均为石墨烯应变传感器。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，其特征在于：包括刀座（1）、若干个压电陶瓷片A（2）、端盖（3）、紧固螺栓A（4）、变幅杆（5）、挠性螺杆（6）、油石条（7）、两个陀螺仪（8）、前油石座（9）、两根紧固螺栓B（10）、两个压电陶瓷片B（11）、后油石座（12）、若干个压电陶瓷片C（13）、前传动盘（14）、紧固螺栓C（15）、两个应变传感器（16）、后传动盘（17）、两根紧固螺栓D（18）；
其中，刀座（1）的上端面中央开设有盲螺孔A（1.1）；刀座（1）的下端面中央开设有盲螺孔B（1.2）；
每个压电陶瓷片A（2）的端面中央均贯通开设有紧固孔A（2.1）；各个压电陶瓷片A（2）自下而上层叠构成第一压电晶堆；第一压电晶堆的下端面与刀座（1）的上端面对接；
端盖（3）的端面中央贯通开设有紧固孔B（3.1）；端盖（3）的下端面与第一压电晶堆的上端面对接；
紧固螺栓A（4）贯穿紧固孔B（3.1）和各个紧固孔A（2.1），且紧固螺栓A（4）的尾端旋拧于盲螺孔A（1.1）内；
变幅杆（5）的上端面中央延伸设置有螺柱（5.1），且螺柱（5.1）旋拧于盲螺孔B（1.2）内；变幅杆（5）的下端面中央开设有盲螺孔C（5.2）；
挠性螺杆（6）的上端旋拧于盲螺孔C（5.2）内；挠性螺杆（6）的下端面延伸设置有凸板（6.1），且凸板（6.1）的表面贯通开设有两个上下分布的紧固孔C（6.2）；
油石条（7）的前表面为弧面；油石条（7）的后表面开设有两个上下分布的凹腔A（7.1）和两个上下分布的盲螺孔D（7.2）；
两个陀螺仪（8）分别嵌设于两个凹腔A（7.1）内；
前油石座（9）的前表面开设有两个上下分布的凹腔B（9.1），且两个凹腔B（9.1）分别扣设于两个陀螺仪（8）上；前油石座（9）的后表面开设有两个上下分布的凹腔C（9.2）；前油石座（9）的表面中央贯通开设有通螺孔A（9.3）；前油石座（9）的表面贯通开设有两个上下分布的紧固孔D（9.4）；
两根紧固螺栓B（10）分别贯穿两个紧固孔D（9.4），且两根紧固螺栓B（10）的尾端分别旋拧于两个盲螺孔D（7.2）内；
两个压电陶瓷片B（11）分别嵌设于两个凹腔C（9.2）内；
后油石座（12）的前表面开设有两个上下分布的凹腔D（12.1），且两个凹腔D（12.1）分别扣设于两个压电陶瓷片B（11）上；后油石座（12）的表面中央贯通开设有紧固孔E（12.2）；
每个压电陶瓷片C（13）的端面中央均贯通开设有紧固孔F（13.1）；各个压电陶瓷片C（13）由前向后层叠构成第二压电晶堆；第二压电晶堆的前端面与后油石座（12）的后表面对接；
前传动盘（14）的前端面与第二压电晶堆的后端面对接；前传动盘（14）的后端面开设有两个左右分布的凹腔E（14.1）；前传动盘（14）的端面中央贯通开设有紧固孔G（14.2）；前传动盘（14）的端面贯通开设有两个上下分布的通螺孔B（14.3）；
紧固螺栓C（15）贯穿紧固孔G（14.2）、各个紧固孔F（13.1）、紧固孔E（12.2），且紧固螺栓C（15）的尾端旋拧于通螺孔A（9.3）内；
两个应变传感器（16）分别嵌设于两个凹腔E（14.1）内；
后传动盘（17）的前端面中央开设有凹腔F（17.1），且凹腔F（17.1）扣设于紧固螺栓C（15）上；后传动盘（17）的前端面开设有两个左右分布的凹腔G（17.2），且两个凹腔G（17.2）分别扣设于两个应变传感器（16）上；后传动盘（17）的端面贯通开设有两个上下分布的紧固孔H（17.3）；
两根紧固螺栓D（18）分别贯穿两个紧固孔C（6.2）和两个紧固孔H（17.3），且两根紧固螺栓D（18）的尾端分别旋拧于两个通螺孔B（14.3）内。
2.根据权利要求1所述的一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，其特征在于：所述刀座（1）包括圆柱段和圆台段；圆柱段的上端面作为刀座（1）的上端面；圆台段的粗端面与圆柱段的下端面固定为一体；圆台段的细端面作为刀座（1）的下端面。
3.根据权利要求1所述的一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，其特征在于：压电陶瓷片A（2）的数目为四个；压电陶瓷片C（13）的数目为两个。
4.根据权利要求1所述的一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，其特征在于：紧固孔B（3.1）、两个紧固孔D（9.4）、紧固孔G（14.2）均为沉头孔。
5.根据权利要求1所述的一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，其特征在于：两个凹腔A（7.1）、两个凹腔B（9.1）均为矩形凹腔；两个凹腔C（9.2）、两个凹腔D（12.1）、两个凹腔E（14.1）、凹腔F（17.1）、两个凹腔G（17.2）均为圆形凹腔。
6.根据权利要求1所述的一种偏心主轴压电微调控自加载双频超声复合式珩磨刀具，其特征在于：两个应变传感器（16）均为石墨烯应变传感器。
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