一种水平超声振动辅助磨削加工装置的制作方法

本实用新型涉及特种加工技术领域，具体涉及一种水平超声振动辅助磨削加工装置。

背景技术：

以硬质合金为代表的难加工材料，具有较高的硬度和耐磨性，采用传统砂轮磨削加工时，加工时间较长且加工效率较低。因此如何提高硬质合金等难加工材料的磨削加工效率已成为机械加工工艺重点研究的关键问题之一。

超声辅助切削加工工艺是在传统机械切削加工工艺中施加辅助超声振动，从而获得更好切削加工性能的一种加工工艺，是一种典型的复合加工技术。在超声辅助磨削加工过程中，通过对磨削砂轮或工件施加超声频振动来改变磨削表面的形成机理和砂轮磨粒的磨损机理，改善磨粒的磨削加工轨迹，还可以抑制砂轮堵塞，减小磨削力并降低磨削温度，从而提高工件的磨削加工效率和加工质量。

在超声辅助磨削加工工艺中，主要有振动被加工零件和振动磨削工具两种方式。对磨削砂轮施加超声振动需要对磨削加工系统进行较复杂的改造，成本较高；而对被加工零件施加超声振动，超声振动状态会受到加工零件的形状和质量的影响，需要针对不同的零件结构对超声系统进行专门设计。

对于小型难加工材料零件的大批量超声磨削加工，设计和开发能满足不同结构小型零件，且能安装多个零件进行批量超声磨削加工的工件超声振动装置已成为急需解决的关键技术问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述目前平面磨床对于硬质合金等难加工材料小型零件的批量磨削加工效率低下问题，提供一种可同时负载多个小型零件的水平超声振动辅助磨削加工装置解决上述技术缺陷。

一种水平超声振动辅助磨削加工装置，包括第一超声换能器1a、第二超声换能器1b、第一超声变幅杆2a、第二超声变幅杆2b、一个超声变幅器3、两个法兰支撑座5、螺纹夹具6、双头螺栓8、超声电源9、水平矩形盲孔10、工作表面11、紧定螺钉12，第一超声变幅杆2a的中部法兰4处连接一个法兰支撑座5，第二超声变幅杆2a的中部法兰4处连接另一个法兰支撑座5，第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b的另一端分别通过双头螺栓8对称的连接在超声变幅器3两侧，第一超声换能器1a和第二超声换能器1b分别在第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b远离所述超声变幅器3的一端连接，第一超声换能器1a和第二超声换能器1b均连接超声电源9，螺纹夹具6安置在超声变幅器3的工作表面11上，在工作表面11上通过螺纹夹具6固定被加工工件7，通过紧定螺钉12将被加工工件7和螺纹夹具6固结。

进一步的，所述第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b为常规阶梯型超声变幅杆，且在阶梯型超声变幅杆中部设有法兰结构；两个法兰支撑座5分别与第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b的中部法兰4连接且为等高设置，用于支撑整个水平超声振动辅助磨削加工装置，并可通过支撑座5底部与磨削加工机床工作台面的连接固定。

进一步的，所述超声变幅器3的上下表面和左右两端面均为平面，两侧面为圆弧面，圆弧半径为70-85mm；在两侧圆弧面上沿高度方向各均匀对称分布三个截面尺寸完全相同的水平矩形盲孔10，盲孔的长度为124-127mm，高度为2-4mm，盲孔底部到超声变幅器3竖直中心面的距离为15mm，相邻盲孔在高度方向上的中心线间距为8-12mm；超声变幅器的上表面为工作平面，在上表面的左右两端各均布尺寸规格相同的四至六个螺纹孔，用于连接螺纹夹具。

进一步的，所述超声变幅器3上表面的螺纹孔中，最外侧孔的中心到超声变幅器左右两端面的距离为10-12mm，孔中心的水平间距10-17mm，竖直间距8-12mm，螺纹直径为5-12mm。

进一步的，超声变幅器3上表面的四至六个螺纹孔基于上表面水平和竖直中心线呈对称分布。

进一步的，所述螺纹夹具6的下端通过螺纹与超声变幅器上表面的螺纹孔连接，螺纹夹具的上部为薄壁圆环结构，圆环高度4mm，壁厚3mm，内壁直径与小型工件外径相同，用于放置工件，并在圆环侧壁上均匀设置两个M3的螺纹孔，采用紧定螺钉紧固的方式将小型工件与夹具连接为一个整体。

进一步的，所述第一超声换能器1a和第二超声换能器1b为常规压电式超声换能器。

进一步的，超声变幅杆、超声换能器和超声变幅器均采用20kHz频率。

一种水平超声振动辅助磨削加工装置的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将被加工件7装在螺纹夹具6中并通过紧定螺钉12将二者固结，然后将螺纹夹具6连接在超声变幅器3的工作表面11上的螺纹孔中；

步骤2：将整套超声振动装置通过支撑座5与磨削加工机床的工作台连接固定，并保持工件表面11呈水平状态；

步骤3、开启超声电源9，超声换能器将电信号转变为水平方向的超声振动，超声变幅杆将超声换能器所产生超声振幅放大，超声变幅器3负载被加工件7和螺纹夹具6一起实现整体水平超声谐振；

步骤4、开启磨床实现砂轮旋转运动，并通过预定程序实现对被加工工件7上表面的水平磨削加工过程；

步骤5、被加工工件7磨削加工完毕后，升起砂轮并停止转动，实现砂轮和被加工件的分离，关闭超声电源，完成被加工件7的水平超声辅助磨削加工过程。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本装置通过在超声变幅器两侧的圆弧面上对称布置多个盲孔结构，可使得块状超声变幅器由三维超声振动状态转变为单一水平超声振动状态。并能同时负载4-6个小型工件实现水平方向的超声振动，从而满足工件辅助超声振动磨削加工需求，可有效降低难加工材料零件的磨削加工力并提高磨削加工质量和磨削加工效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型一种水平超声振动辅助磨削加工装置的俯视图和正视图；

图2为本实用新型一种水平超声振动辅助磨削加工装置采用的螺纹夹具结构图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

一种水平超声振动辅助磨削加工装置，包括第一超声换能器1a、第二超声换能器1b、第一超声变幅杆2a、第二超声变幅杆2b、一个超声变幅器3、两个法兰支撑座、螺纹夹具6，双头螺栓8，超声电源9，水平矩形盲孔10，工作表面11，紧定螺钉12，第一超声换能器1a与第一超声变幅杆2a一端通过双头螺栓8连接，第一超声变幅杆2a另一端连接一个法兰支撑座，第二超声换能器1b与第二超声变幅杆2b一端通过双头螺栓8连接，第二超声变幅杆2a另一端连接另一个法兰支撑座，第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b通过双头螺栓8与超声变幅器3的两侧对称连接，第一超声换能器1a和第二超声换能器1b分别在第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b远离所述超声变幅器3的一端连接，所诉的第一超声换能器1a和第二超声换能器1b均与超声电源9连接，在超声变幅器3的工作表面11上通过螺纹夹具6固定被加工工件7，通过紧定螺钉12将被加工工件7和螺纹夹具6固结。

两个法兰支撑座具体是分别在第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b的法兰4处设置两个等高的支撑座5，用于支撑整个水平超声振动辅助磨削加工装置，并可通过支撑座底部实现与磨削加工机床工作台面的连接固定。

超声变幅器3的上下表面和左右两端面均为平面，两侧面为圆弧面，圆弧半径为70-85mm；在两侧圆弧面上沿高度方向各均匀对称分布3个完全相同的水平矩形盲孔10，盲孔的长度为124-127mm，高度为2-4mm，盲孔底部到超声变幅器竖直中心面的距离为15mm，盲孔在高度方向上的中心线间距为8-12mm；超声变幅器的上表面为工作平面，在上表面的左右两端各均布尺寸规格相同的4～6个螺纹孔，用于连接螺纹夹具。超声变幅器3上表面的螺纹孔中，最外侧孔的中心距离超声变幅器左右两端面10-12mm，孔中心的水平间距10-17mm，竖直间距8-12mm，螺纹直径为5-12mm。超声变幅器3上表面的4～6个螺纹孔基于上表面水平和竖直中心线呈对称分布。

如图2所示，螺纹夹具的下端通过螺纹与超声变幅器上表面的螺纹孔连接，螺纹夹具的上部为薄壁圆环结构，圆环高度4mm，壁厚3mm，内壁直径与小型工件外径相同，用于放置工件，并在圆环侧壁上均匀设置两个M3的螺纹孔，采用紧定螺钉紧固的方式将小型工件与夹具连接为一个整体。

第一超声换能器1a和第二超声换能器1b为常规压电式超声换能器。第一超声变幅杆2a和第二超声变幅杆2b为常规阶梯型超声变幅杆。

超声电源9同时为两个超声换能器1提供电信号，超声换能器1将电信号转变为水平方向的超声振动。超声变幅杆2将超声换能器1所产生超声振幅放大，而超声变幅器3在实现水平超声振动的同时，在工作表面11上通过螺纹夹具6和紧定螺钉12固定4-6个被加工工件7实现整体水平超声振动，从而满足工件超声振动辅助磨削加工的需求。

超声换能器1与超声变幅杆2、超声变幅杆2与超声变幅器3之间均通过双头螺栓8连接且呈同一直线串列布置。螺纹夹具6和被加工件7在工作表面11上沿水平和竖直中心线对称分布。

使用本实用新型一种水平超声振动辅助磨削加工装置对待被加工工件7进行磨削加工时：

步骤1：将被加工件7装在螺纹夹具6中并通过紧定螺钉12将二者固结，然后将螺纹夹具6连接在超声变幅器3的工作表面11上的螺纹孔中；

步骤2：将整套超声振动装置通过支撑座5与磨削加工机床的工作台连接固定，并保持工件表面11呈水平状态；

步骤3、开启超声电源9，超声换能器1将电信号转变为水平方向的超声振动。超声变幅杆2将超声换能器1所产生超声振幅放大，超声变幅器3负载被加工件7和螺纹夹具6一起实现整体水平超声谐振。

步骤4、开启磨床实现砂轮旋转运动，并通过预定程序实现对被加工工件7上表面的水平磨削加工过程。

步骤5、被加工工件7磨削加工完毕后，升起砂轮并停止转动，实现砂轮和被加工件的分离，关闭超声电源，完成被加工件7的水平超声辅助磨削加工过程。

本实用新型所诉的超声变幅器3的结构以及水平超声辅助磨削装置的超声振动特性均采用ANSYS仿真软件进行模拟优化确定。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。