CN2264058Y - 超声振动磨削头 - Google Patents

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杨继先
常晓旺
杨素梅
郭伟光
张永宏
陈海朝
郝利兵
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种用于超声振动磨削的磨削头。它主要由装于套筒中的变幅杆、装于变幅杆上的压电陶瓷换能器以及装于套筒上用于接受振荡电信号的碳刷组成。该装置可将超声振荡电信号转换为高频机械振动。将其装于机床上，由机床驱动变幅杆转动，从而使磨杆实现高速旋转下的高频振动，达到超声振动磨削的目的。该装置既能保证陶瓷等硬脆材料高精、高效加工要求，也能用于紫铜、铝等软、粘性大的金属材料和淬火钢小孔的磨削。

Description

超声振动磨削头
本实用新型涉及超声振动加工装置。
对陶瓷等硬脆材料的磨削加工，目前，国内主要采用金钢石砂轮在普通机床上进行。在加工中常出现崩块、掉渣、裂纹等现象，因此，加工表面质量差，加工效率低，成本高。而对于软、粘性较大的金属材料，由于磨削时砂轮严重堵塞，因而，很难采用通常的磨削工艺来完成。另外，一般金属材料的小孔磨削，由于砂轮较难安装，加工效率低且精度不易保证，所以也难以采用普通的磨削工艺。利用超声振动对硬脆材料进行机械加工是一种有效的方法，国外在该领域进行了相当的研究。如用于硬质材料钻孔的装置有日本籾山保研制的超声振动钻孔装置(機械と工具，1989年6月)。该装置主要由与机床联接的机构、接受超声振荡信号的滑环以及振动子等组成。而用于磨削的超声振动加工装置目前尚未见报道，国内也至今未见该类装置的有关报道。
本实用新型的目的是提供一种超声振磨削头。该装置结构简单，安装于普通机床上使用，不仅能保证陶瓷等硬脆材料高精度的磨削加工要求，并提高其工效，也可用于紫铜、铝等软、粘性大的金属材料和淬火钢小孔的磨削。
为实现上述目的，本实用新型采用的方案是：用于扩大振幅的变幅杆位于使其实现转动的套筒中间，压电陶瓷式换能器固装于变幅杆上，用于接受振荡电信号的元件为装于套筒上的碳刷。工作时，由碳刷将接受的超声振荡电信号传至压电陶瓷，使变幅杆作机械振动；同时机床带动变幅杆作旋转运动，从而经变幅杆前端的磨杆和砂轮实现对工件的磨削。
使变幅杆实现转动的套筒可以是双筒式或单筒式。采用双筒式时，中套1与变幅杆14固装为一体，外套3与中套用轴承装配；中套和变幅杆间有一定间隙，中套和外套上开有通孔B，中套的尾端A为进风口；中套的尾部装有用于驱动变幅杆转动的皮带轮；碳刷11的电极16是用导线穿过绝缘套15上的孔C和中套上的孔D与压电陶瓷的电极20连接。采用单筒式时，套筒22与变幅杆23、后负载套24间用轴承装配；套筒和后负载套上分别开有孔G和F；后负载套的尾端开口并装有驱动用皮带轮；碳刷直接与变幅杆上的电极片接触。
无论采用双筒式或单筒式结构，用于驱动变幅杆转动的机构还可采用直接与机床主轴锥套配合的带有叶片和进气孔的锥柄式结构。
本实用新型超声振动磨削头结构简单，性能稳定，可方便地装于普通机床上使用。与普通磨削相比，该装置可大幅度提高陶瓷等硬脆材料的磨削精度和加工效率。表1即为磨削陶瓷深孔的数据对比。此外，该装置还可满足紫铜、铝等软、粘性大的金属材料以及淬火钢小孔的磨削加工要求，为磨削加工拓宽了应用范围。表1磨削陶瓷深孔的数据比较
    项目类别 表面粗糙度Raμm     圆度mm   圆柱度mm 加工长度mm  加工厚度mm 所需时间小时   宏观表面状况
  普通磨削(砂轮120～150#)     1.2     0.02     0.05     96     0.02     1 中部龟裂，破碎严重
  振动磨削头(砂轮120～150#) 0.25 0.003 0.009 96 0.13 1 整体光滑如镜
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。
图2为本实用新型另一实施例的结构示意图。
图3为驱动变幅杆转动部分的一种结构示意图。
如图1所示，外套3和中套1用轴承4装配，前后轴承分别由档圈5和后压紧螺母2固定。碳刷11的刷握9用螺钉7紧固于外套3上，绝缘套15由紧定螺钉17固定于中套1上，压紧螺钉8和弹簧10使碳刷11与电极16紧密接触，最后由前压紧螺母12锁紧。变幅杆14与中套1之间是用变幅杆前部外圆锥以及压紧螺母13予以固定。由螺栓18、压紧块5把两个压电陶瓷19、电极片20以及绝缘套21与变幅杆14联为一体。在中套的尾部装设用于驱动中套和变幅杆转动的皮带轮，在变幅杆的前端装配磨杆和砂轮(图中未画出)。该装置可用卡具固定在机床上使用。工作时，由碳刷11接受的振荡电源发出的振荡电信号经电极16、导线、电极片20传送给压电陶瓷19，压电陶瓷将该振荡电信号转换成机械振动，然后由按等效能量原理设计的变幅杆把微小的振动幅度扩大到磨削加工所需要的振动幅度。同时，经机床驱动，中套1带动变幅杆14作高速旋转。如此，使变幅杆前端的磨杆和砂轮实现高速旋转下的高频振动，达到超声振动磨削的目的。另外，工作时，从中套1尾端A处的进风口吸入的空气高速流过换能器，再由中套和外套上的出风口B排出，从而使换能器得到充分冷却。碳刷部分在外套上的位置，视具体情况也可置于其中部或后部。
图2的实施例为单筒式结构。由螺栓18将变幅杆23，后负载套24以及压电陶瓷19、电极片20、绝缘套21固装为一体。碳刷11直接与电极片20接触。用于驱动变幅杆转动的皮带轮装在后负载套24的尾部(图中未画出)。其他结构基本与实施例1相同。工作时，空气从后负载套尾端的进风口E进入，经孔F、G排出。
在上述两实施例中，也可将图1中中套的尾部和图2中后负载套的尾部改为图3所示的锥柄结构。这样，该装置就可直接装于机床主轴进行工作，而不需其他卡具固定，也省去了用于驱动的皮带轮等机构。图3中的叶片25和进气孔26可保证冷却空气进入。变幅杆的前端可为锥形体、阶梯形或其外形为傅里叶曲线等形状，以达到扩大振幅的目的。

Claims (8)

1、一种用于超声振动磨削的磨削头，主要由换能器、变幅杆和接受超声振荡电信号的元件组成，其特征在于：变幅杆位于使其实现转动的套筒中间，换能器为压电陶瓷并固装于变幅杆上，用于接受振荡电信号的元件为装于套筒上的碳刷。
2、根据权利要求1所述的磨削头，其特征在于：套筒由中套(1)和外套(3)组成，中套(1)与变幅杆(14)固装为一体，外套与中套用轴承装配；中套和变幅杆间有一定间隙，中套和外套上开有通孔B；中套的尾端有进风口A，中套的尾部装有皮带轮。
3、根据权利要求1所述的磨削头，其特征在于：套筒由中套(1)和外套(3)组成，中套(1)与变幅杆(14)固装为一体，外套与中套用轴承装配；中套和变幅杆间有一定间隙，中套和外套上开有通孔B；中套的尾部为带有叶片(25)和进风口(25)的锥柄结构。
4、根据权利要求1所述的磨削头，其特征在于：套筒(22)与变幅杆(23)和后负载套(24)之间用轴承装配，套筒和后负载套上分别开有孔G和孔F；后负载套的尾端开口，尾部装有皮带轮。
5、根据权利要求1所述的磨削头，其特征在于：套筒(22)与变幅杆(23)和后负载套(24)之间用轴承装配，套筒和后负载套上分别开有孔G和孔F；后负载套的尾部为带有叶片(25)和进气孔(26)的锥柄结构。
6、根据权利要求2或3所述的磨削头，其特征在于：碳刷(11)的电极(16)是用导线穿过绝缘套(15)上的孔C和中套上的孔D与压电陶瓷的电极(20)连接。
7、根据权利要求4或5所述的磨削头，其特征在于：用于接受振荡电信号的碳刷与变幅杆上的电极直接接触。
8、根据权利要求1～3中任一权利要求所述的磨削头，其特征在于：变幅杆与套筒是用变幅杆前部外圆锥及压紧螺母联为一体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101242930B (zh) * 2005-06-21 2010-11-03 大西一正 利用超声波振动的研磨装置
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CN105235000A (zh) * 2015-08-11 2016-01-13 邯郸市海拓机械科技有限公司 一种便携式超声波切刀

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