CN211136519U - 一种超声磨削振动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声磨削振动系统，包括超声变幅杆，所述超声变幅杆的大端周向固定有固定法兰Ⅰ，所述超声变幅杆的小端固定有砂轮，所述超声变幅杆在紧邻所述砂轮处固定有固定法兰Ⅱ，且所述固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ之间的距离是所述超声变幅杆所传递的超声波的二分之一波长或二分之一波长的整数倍。固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ处的纵向位移量为0，将砂轮紧靠所述固定法兰Ⅱ可以使砂轮外圆面的振动最大，且砂轮与超声变幅杆的连接处不发热，并且固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ可以用于与轴承转动连接，实现两点限位，保证超声变幅杆的刚性。

Description

一种超声磨削振动系统

技术领域

本实用新型涉及一种超声变幅器，具体地说是一种超声磨削振动系统。

背景技术

目前，超声辅助加工已被越来越多运用于高性能合金、硬脆材料和新型先进材料。超声辅助加工技术是在传统加工工具或工件上施加超声振动，以获得更好地加工性能。超声辅助磨削是超声辅助加工技术中的重要技术之一，超声辅助磨削与传统磨削相比较，传统的磨削方法会产生较大的磨削力和磨削热，这会引起一系列问题，例如工件表面/亚表面的损坏和较低的砂轮寿命，这些加工缺陷的存在严重制约了零件的加工精度和加工质量。为了解决这些问题，在磨削过程中引入了超声波振动，由于超声振动的引入，改变了材料的去除机理，降低了工件与刀具之间的摩擦力，断续接触减小了刀具与工件的作用时间，减小了磨削力，降低了刀具磨损，提高了加工表面质量，满足高精度、高质量零件高效率加工的要求。在超声辅助磨削加工中，超声辅助磨削装备是实现超声辅助加工的关键，而超声磨削主轴的性能是超声辅助磨削装备工作性能好坏的重要决定因素之一。

但是目前的超声变幅杆的前端不具有支撑，只有后端具有一个固定法兰用于支撑，导致超声变幅杆的前端伸量较大，降低了超声变幅杆的支撑刚度，放大了超声变幅杆的支撑误差，降低砂轮的旋转精度，同时超声磨削主轴变幅杆与砂轮连接处振幅较大，在连接处易产生超声振动能量损耗，产生发热现象。这些问题均会对超声磨削主轴的加工精度和加工质量产生较大影响。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种超声磨削振动系统。本实用新型采用的技术手段如下：

一种超声磨削振动系统，包括超声变幅杆，所述超声变幅杆的大端周向固定有固定法兰Ⅰ，所述超声变幅杆的小端固定有砂轮，所述超声变幅杆在紧邻所述砂轮处固定有固定法兰Ⅱ，且所述固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ之间的距离是所述超声变幅杆所传递的超声波的二分之一波长或二分之一波长的整数倍。

靠近所述超声变幅杆大端的一侧设有换能器后盖板，且所述换能器后盖板与所述超声变幅杆的大端之间具有两个压电陶瓷片，预紧螺栓轴向依次穿过所述换能器后盖板、两个所述压电陶瓷片并穿入所述超声变幅杆内，将所述换能器后盖板、所述压电陶瓷片和所述超声变幅杆结合为一体；两个压电陶瓷片之间设有正极电极片，所述换能器后盖板和所述超声变幅杆与所述压电陶瓷片之间设有负极电极片；

且所述压电陶瓷片与所述预紧螺栓之间具有绝缘套。

将所述固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ之间的距离是所述超声变幅杆所传递的超声波的二分之一波长或二分之一波长的整数倍，是因为在这个距离中固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ处的纵向位移量为0，将砂轮紧靠所述固定法兰Ⅱ可以使砂轮外圆面的振动最大，且砂轮与超声变幅杆的连接处不发热，并且固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ可以用于与轴承转动连接，实现两点限位，保证超声变幅杆的刚性。而将所述固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ之间的距离是所述超声变幅杆所传递的超声波的二分之一波长或二分之一波长的整数倍的原理如下：

根据牛顿定律可得任意截面超声变幅杆纵向振动的动力学方程为

式中：S为超声变幅杆的任意一点横截面的横截面积，ξ为超声变幅杆上任意一点的位移，σ为超声变幅杆任意一点的应力，

E为超声变幅杆的杨氏模量，ρ为超声变幅杆的密度，x为超声变幅杆上任意一点的横坐标；

简化所述超声变幅杆纵振频率方程，得到简化超声变幅杆纵振频率方程：

因为所述超声变幅杆的纵振为简谐振动，所以所述超声变幅杆纵振频率方程可简化为简化超声变幅杆纵振频率方程：

式中：k是超声变幅杆的圆波数，k＝ω/c，ω是超声变幅杆的圆频率，c为纵波在超声变幅杆的传播速度，

求解所述简化超声变幅杆纵振频率方程，得到超声变幅杆振动位移函数：

式中：R为超声变幅杆任意一个横截面的半径，R＝R(x)为非分段函数，A、B为待求未知常数；

超声变幅杆具有固定法兰Ⅰ和固定法兰Ⅱ的一端纵向位移量为0，固定法兰Ⅰ和固定法兰Ⅱ之间的距离为L；

将式(4)和(5)分别带入式(3)中，可得超声变幅杆纵振频率方程为：

sinkL＝0 (6)

根据所述超声变幅杆频率方程求得L；经计算可得L为波长的二分之一或二分之一波长的整数倍。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型具有固定法兰Ⅰ和固定法兰Ⅱ，所述固定法兰Ⅰ和固定法兰Ⅱ的固定位置恰好为超声变幅杆的振动节点，且砂轮紧挨着振动节点，超声振动在砂轮中的传播过程，使砂轮外圆面的振动最大，从而提高超声变幅杆的刚度和旋转精度，并实现超声振动在变幅杆和砂轮间高效率传递，且连接处不发热。

基于上述理由本实用新型可在变幅器等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施方式中一种超声磨削振动系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种超声磨削振动系统，包括超声变幅杆11，所述超声变幅杆11的大端周向固定有固定法兰Ⅰ5，所述超声变幅杆11的小端固定有砂轮7，所述超声变幅杆11在紧邻所述砂轮7处固定有固定法兰Ⅱ6，且所述固定法兰Ⅰ5与固定法兰Ⅱ6之间的距离是所述超声变幅杆11所传递的超声波的二分之一波长或二分之一波长的整数倍。

靠近所述超声变幅杆11大端的一侧设有换能器后盖板2，且所述换能器后盖板2与所述超声变幅杆11的大端之间具有前压电陶瓷片10和后压电陶瓷片8，预紧螺栓1轴向依次穿过所述换能器后盖板2、所述后压电陶瓷片8、所述前压电陶瓷片10，并穿入所述超声变幅杆11内，将所述换能器后盖板2、所述后压电陶瓷片8、前压电陶瓷片10和所述超声变幅杆11结合为一体；所述前压电陶瓷片10和所述后压电陶瓷片8之间设有正极电极片9，所述换能器后盖板2与所述后压电陶瓷片8和所述前压电陶瓷片10与所述超声变幅杆之间设有负极电极片4。

且所述后压电陶瓷片8和所述前压电陶瓷片10与所述预紧螺栓1之间具有绝缘套3。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种超声磨削振动系统，其特征在于，包括超声变幅杆，所述超声变幅杆的大端周向固定有固定法兰Ⅰ，所述超声变幅杆的小端固定有砂轮，所述超声变幅杆在紧邻所述砂轮处固定有固定法兰Ⅱ，且所述固定法兰Ⅰ与固定法兰Ⅱ之间的距离是所述超声变幅杆所传递的超声波的二分之一波长或二分之一波长的整数倍。

2.根据权利要求1所述的一种超声磨削振动系统，其特征在于：靠近所述超声变幅杆大端的一侧设有换能器后盖板，且所述换能器后盖板与所述超声变幅杆的大端之间具有两个压电陶瓷片，预紧螺栓轴向依次穿过所述换能器后盖板、两个所述压电陶瓷片并穿入所述超声变幅杆内，将所述换能器后盖板、所述压电陶瓷片和所述超声变幅杆结合为一体；两个压电陶瓷片之间设有正极电极片，所述换能器后盖板和所述超声变幅杆与所述压电陶瓷片之间设有负极电极片；

且所述压电陶瓷片与所述预紧螺栓之间具有绝缘套。

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