一种非接触旋转超声砂轮磨削装置的制作方法

本发明涉及一种难加工材料磨削领域，具体涉及一种磨削用非接触旋转超声砂轮磨削装置。

背景技术：

在磨削高强韧材料的过程中，由于磨削弧区温度的急剧升高，冷却液无法进入弧区导致零件表面产生的突发性烧伤；磨削力较大引起的工件表面和表面的损伤等问题；尤其是在科技高速发展的今天，各行业对加工零件的精度和质量要求越来越高，上述加工缺陷均会严重制约着加工效率的提高，因此需要一种新的加工方法来提高高强韧材料的加工效率与加工质量。

超声磨削技术作为一种稳定可靠的加工技术在硬脆材料的加工中已得到了广泛的应用。目前，超声振动磨削加工的方式主要有两种：刀具振动和工件振动；现今刀具振动磨削加工方法的应用已较为成熟，且多以超声刀柄的形式出现。通常，在大直径尺寸砂轮的超声振动磨削加工中，由于砂轮尺寸重量的限制，因此只能采用工件振动磨削的方式进行零件加工，但在实际磨削过程中，同样由于工件尺寸、结构、重量等因素的影响，工件的振幅、振动方向、频率等振动参数无法满足振动加工的设计要求，这也制约了此种磨削方式的在工业生产中的推广与使用。

超声电能传输方式主要有两类：接触式和非接触式。接触式主要是通过碳刷和导电集流环实现电能传输，这种方式在通电的瞬间会产生打火，且碳刷易磨损、寿命低，结构固定，不适合在高转速的条件下使用；非接触式主要是通过两线圈的电磁感应实现电能传输，其结构简单，传输灵活性强，因而得到国内外学者广泛的关注。目前，超声非接触电能传输在超声刀柄已有较为广泛的应用。旋转非接触电能传输在超声砂轮中的应用可有效的提高被磨削工件表面的质量，同时克服了工件振动这种方式工件不同位置动幅值不一致，无法使大型工件产生振动的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种针对高强韧材料磨削用的大直径非接触旋转超声砂轮装置，以便对大尺寸工件进行超声振动磨削加工，从而提高被加工工件的表面完整性、提高磨削加工的效率、提高砂轮的使用寿命。利用非接触电能传输的方式为超声换能器供电，不仅提高了系统装置的安全性，而且大大提高了电能传输的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种非接触旋转超声砂轮磨削装置，包括磨床基体、设置在磨床基体上的主轴以及固定在所述主轴上的砂轮基体，其特征在于：在所述磨床基体上设置有一与所述砂轮基体相靠近的原边磁芯安装座，在所述砂轮基体和原边磁芯安装座上相对的两个内侧面分别设有环形槽；在所述砂轮基体的环形槽内设置有非接触电能传输副边线圈组件，在所述原边磁芯安装座的环形槽内设置有非接触电能传输原边线圈组件；所述非接触电能传输副边线圈组件包括副边罐型磁芯、副边线圈和固化填充剂，所述副边线圈用固化填充剂安装于副边罐型磁芯中；所述非接触电能传输原边线圈组件包括原边罐形磁芯、副边线圈以及固化填充剂，所述原边线圈用固化填充剂安装于原边罐型磁芯中；所述原边磁芯与副边磁芯端面平行相对，两者端面相对间隙为0.5-2mm；在所述砂轮基体轮缘端面圆周方向均匀分布一圈换能器安装孔，每个所述换能器安装孔均与所述砂轮基体的环形槽相通，在每个所述换能器安装孔内安装有超声振动换能器，所述副边线圈的引出线与所述超声振动换能器电连接；所述超声振动换能器包括前盖板、后盖板以及固定在前盖板与后盖板之间的压电陶瓷片和电极片，在所述前盖板上连接有一变幅杆，在所述变幅杆上设置有砂轮结块。

所述前盖板与变幅杆采用螺钉连接，所述前盖板的截面和变幅杆的截面形状均为平滑的曲线，且前盖板与变幅杆的连接处的截面宽度小于向两侧延伸的宽度。

所述换能器安装孔为台阶孔，所述后盖板位于所述台阶孔的小径孔内，在所述台阶孔的大径孔内设置有一压紧并固定前盖板上法兰的螺纹压板，该螺纹压板与所述台阶孔螺纹连接。

所述一圈换能器安装孔的为x个圆孔，其中18＜x＜30。

所述砂轮结块利用粘接剂粘接固定在超声振动换能器的变幅杆前端面，形成砂轮磨削面。

本发明通过结构设计，将超声换能器沿砂轮外圆周面安装于砂轮基体内，并将砂轮结块固定在超声换能器上，并通过旋转非接触式电能传输的方法为超声换能器提供电能，有效的将超声振动技术与砂轮磨削相结合，实现了大尺寸大质量的砂轮振动，不仅提高了整体装置的安全性，还为砂轮超声辅助磨削大型工件提供了可能。

附图说明

图1是本发明的非接触旋转超声砂轮装置的局部示意图。

图2是本发明中原边线圈固定板前视图。

图3是本发明中原边线圈固定板左视图。

图4是本发明中超声砂轮前视图。

图5是本发明中超声砂轮右视图。

图6是本发明中超声换能器前视图。

图7是本发明中超声换能器左视图。

图8是本发明的应用实例示意图。

图中标号说明：1.原边线圈固定板，2.原边导磁材料，3.原边线圈，4.原边环氧固化填充剂，5.螺纹压板，6.超声振动换能器，7.砂轮基体，8.副边导磁材料，9.副边线圈，10.副边环氧固化填充剂，11.砂轮结块，12.变幅杆，13.前盖板，14.压电陶瓷片，15.粘接剂，16.连接螺钉，17.电极片，18.后盖板，19.主轴前法兰，20.机床主轴，21.磨床床身挡板，22.螺钉，23.主轴后法兰，24.工件，25.超声电源。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明进行进一步描述。非接触旋转超声砂轮磨削装置包括旋转端和固定端两部分。旋转端主要包括砂轮基体7，安装在砂轮基体外圆端面圆孔内的超声振动换能器6，副边导磁材料8，副边线圈9，副边环氧固化填充剂10；固定端主要包括原边线圈固定板1，原边导磁材料2，原边线圈3和原边环氧固化填充剂4。

旋转端中的砂轮基体7材料为45钢，结构为内接于Φ200mm圆的28等边圆盘，内孔直径为尺寸Φ42mm，厚度为20mm，在砂轮基于28个端面中心，分别开有直径为14mm、深16.5mm和直径为18.4mm、深12mm的台阶圆孔，砂轮基体的一侧面开有深为15mm、宽为10mm的环槽，且每一个台阶圆孔底面都有一个直径为Φ2mm的小孔与环槽相通。

超声振动换能器6外轮廓为圆柱形，其主要包括前盖板13和依次套设在前盖板13螺柱上的压电陶瓷片14、电极片17和后盖板18，前盖板18设有联接用的法兰盘。压电陶瓷片14和电极片17通过前盖板13的螺柱与后盖板18的螺纹压紧固定；利用连接螺钉16将变幅杆12与前盖板13联接，砂轮结块11则通过粘接剂15将其粘结到变幅杆的外端面。其中压电陶瓷片14材料为PZT-8，尺寸为：Φ10×Φ5×2mm，压电陶瓷片14的片数为2。

将超声振动换能器6装入砂轮基体7端面的台阶圆孔内时，先将由前盖板13、压电陶瓷片14、电极片17和后盖板18装配起来的超声换能器部件装入台阶孔，由螺纹压板5旋进台阶孔压紧并固定前盖板13上的法兰；在完成固定后，用连接螺钉16将变幅杆12与前盖板13连接，再用粘接剂15将砂轮结块11粘接到变幅杆的前端面，完成超声振动换能器与砂轮基体的装配。

副边导磁材料8为坡莫合金，结构为Φ128×Φ72×10.5mm的圆环，在一侧端面开有Φ125×Φ75×8.5mm的环形槽，靠另一侧面的外圆面上钻有28个直径为Φ2mm的圆孔，与副边导磁材料8环形槽相通，并与砂轮基体7内28个直径Φ2mm的小孔正对相通，作为连接超声振动换能器6和副边线圈9的导线连接通道。副边导磁材料采用过盈配合的方式安装至砂轮基体7的环形槽内。

副边线圈9由28组相同直径和匝数的线圈并联组成(每组线圈相互绝缘)；每一组线圈只为一个超声振动换能器6提供电能，由超声换能器的最大功率计算得到原、副边线圈的匝数和线径。绕制完成的副边线圈9装入副边导磁材料8的侧端面环形槽内，分别将28组线圈接线头与28个超声振动换能器6的接头相连接，并用副边环氧固化填充剂10将副边线圈9固化封装。

原边线圈固定板1结构为圆环凸台，凸台端面上开有与砂轮基体7端面上结构尺寸相同的环形槽，凸台侧面钻有直径Φ8mm的圆孔；整个固定板通过其缘边的四个孔通过螺钉22固定安装在磨床床身挡板21上，与砂轮基体7平行相对，且砂轮基体7环槽一侧端面与固定板凸台端面的相对距离通过调整垫板(未给出)控制。

原边导磁材料2其材料、结构尺寸与副边导磁材料8相同，这里不再赘述，不同的是其外圆面上只有一个直径为Φ2mm的圆孔，与原边线圈固定板1的凸台侧面Φ8mm的圆孔相对，用于超声电源25为原边线圈3连线供电通道。原边导磁材料同样采用过盈配合的方式安装至原边线圈固定板1的环形槽内。

原边线圈3的匝数与副边线圈9相同，其导线直径则是通过28个超声振动换能器的总功率计算得到。绕制完成的原边线圈利用原边环氧固化填充剂4将其固化封装至原边导磁材料2的环形槽内。

运行时，结合图8所示，主轴转动，带动砂轮基于7转动；超声电源25与原边线圈3相连，当超声电源25输出电信号时，基于电磁感应效应，原边线圈3产生的交变磁场使砂轮基体7内的副边线圈9产生电能，并通过导线传输至超声振动换能器6，超声振动换能器由于逆压电效应，产生纵向的超声振动，并带动砂轮结块11产生超声振动，同时结合砂轮的转动对工件24进行超声振动加工。