超声振动辅助磨削装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平面磨削装置，尤其是一种采用超声振动辅助的平面磨削装置。
【背景技术】
[0002]
随着机械、电子、信息、能源、航空航天、国防等领域高端装备的不断发展，出现了一大批性能要求越来越高的零部件。这些零部件对硬脆性材料、难加工材料和新型先进材料的需求日益增多，对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出了更高的要求。传统加工方法是采用超精密磨削和单点金刚石切削，会产生较大的磨削力以及磨削热，引起工件表面、亚表面损伤以及砂轮寿命低；严重制约着零件加工精度及加工效率，迫切需要新的磨削工艺来解决此类问题。超声振动辅助磨削是解决此类问题的方法之一。
[0003]超声加工又分为传统意义上的超声加工与超声辅助加工。传统的超声加工是通过悬浮磨料的锤击、磨蚀和撕扯以及磨料悬浮液的空化作用来对工件表面进行加工。它在加工硬脆材料方面具有一定的优势，但其工具磨损较大，且材料去除率并不高。而超声辅助加工是在超声加工的基础上发展起来的一种加工方式，它既利用了超声加工技术的优点又能减小工具的磨损提高材料去除率。
[0004]由于超声振动辅助磨削加工是在传统磨削过程中对砂轮或工件施加超声振动，改变磨粒和工件的干涉过程，从而获得更好的加工效果。高国富、赵波对改性氧化铝陶瓷进行超声振动辅助磨削形貌研究，表明加工表面上可以观测到晶粒细化现象，几乎没有破碎发生，表明材料去除模式主要为塑性去除；与普通磨削的对比试验，表面粗糙度降低30%_40%。山东大学的张洪丽研究了不同砂轮粒度、磨削深度、超声振动辅加方式下工件加工表面的脆塑性显微形貌特征，分析各磨削用量及不同超声振动辅加方式对工件材料去除方式的影响。
[0005]如何实现硬脆性材料的高效率、高质量、高精度加工是现代精密制造领域的技术难题，为解决这一难题，超声振动磨削技术被引入到硬脆性材料的加工中。超声振动辅助磨削技术各种类型如图1所示，其中一维超声辅助磨削技术可归结为三类:(a)轴向振动磨削；(b)径向振动磨削；(c)切向振动磨削。
[0006]目前针对超声振动辅助磨削的研究，多为一维结构，将超声振动加在主轴上带动刀具振动。这种方法对主轴改动较大，并且移植性差，所能加工的工件尺寸适应范围很小。为了克服和改进上述缺点，提出了本文所公开的新型超声振动辅助磨削装置。新型超声振动辅助磨削装置能够辅助磨削金属、脆硬性材料如陶瓷等，而且振子工作台的三维通孔结构能够适应不同的夹具以及一定尺寸范围内的工件，且能有效改善工件加工表面质量，降低磨削力，提高磨削质量。
【发明内容】
[0007]本发明是要提供一种超声振动辅助磨削装置，其目的是要提高硬脆性材料、难加工材料和新型先进材料的加工效率和加工质量，对安装在工作台上的工件施加超声振动，改变磨粒和工件的干涉过程，从而获得更好的加工效果。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种超声振动辅助磨削装置，包括变幅杆、振子工作台、滑块、直线导轨、承载中板、测力仪、承载底板、支架，所述振子工作台下面通过滑块与直线导轨配合连接形成滚动接触，所述直线导轨安装在承载中板上，所述振子工作台一侧中部连接变幅杆，且变幅杆通过支架固定在承载底板上，所述承载中板固定连接在测力仪上，所述测力仪安装在承载底板上。
[0009]所述振子工作台与变幅杆通过双头螺钉水平连接，当超声电源通电后，换能器产生20kHz的高频振动，通过变幅杆，使振子工作台及工件在直线导轨滑动方向上产生超声振动，振动幅值在5um-20um之间。
[0010]所述振子工作台为带有三维通孔结构的长方体板块的振子工作台，振子工作台的三维通孔结构上安装各种样式的夹具，用于方便各种尺寸工件的安装。
[0011]所述振子工作台侧面的通孔为螺纹孔，振子工作台通过螺纹孔连接配重螺栓来改变质量和结构，从而改变振动效果适用于不同规格的工件。
[0012]本发明的有益效果是:
本发明结构简单、安装方便，通过直线导轨增加在变幅杆方向上的振动自由度，并且振子工作台的三维通孔结构能够强化振动效果，且能通过夹具来夹紧一定尺寸范围内的工件。振子工作台侧面孔可以改变为螺纹孔增加配重螺栓来改变整个振子工作台的质量与结构，从而改变振子工作台的固有频率以及振动效果，从而适应更大尺寸范围的工件。
[0013]本振动装置可以用于轴向与切向一维超声振动磨削，经过设计并测试分析后可以在所需特定频率附近达到最佳振动效果，且能使夹持工件的部位振幅最大，从而能够有效改善磨削效果，提高表面磨削质量。
【附图说明】
[0014]图1为超声振动辅助磨削方式示意图，
其中:(a)为轴向振动磨削，(b)为径向振动磨削，；(c)为切向振动磨削；
图2为本发明的超声振动辅助磨削装置的结构立体示意图；
图3为本发明的超声振动辅助磨削装置的结构主视图；
图4为本发明的超声振动辅助磨削装置的结构的侧视图；
图5为振子工作台的结构立体示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0016]如图2至图5所示，一种超声振动辅助磨削装置，包括变幅杆1、振子工作台2、滑块3、直线导轨4、承载中板5、测力仪6、承载底板7、支架8。
[0017]测力仪6通过螺栓固定在承载底板7与承载中板5之间。直线导轨4用螺栓固定在承载中板5之上。直线导轨4的两组滑块3与振子工作台2连接，振子工作台2可以在直线导轨4上微幅振动，振子工作台2与变幅杆1通过双头螺钉水平连接。超声电源通电后，换能器产生20kHz的高频振动，通过变幅杆1，使振子工作台2及工件在直线导轨4滑动方向上产生超声振动，振动幅值在5um-20um之间。
[0018]振子工作台2为带有三维通孔结构的长方体板块，振子工作台2 —侧中部通过螺栓与1变幅杆安装连接，振子工作台2下侧通过螺栓与滑块3进行固连，滑块3与直线导轨4通过配合连接形成滚动接触，直线导轨4直接安装于承载中板5上表面，测力仪6上表面通过螺栓与承载中板5进行连接，下表面通过螺栓固定于承载底板7。
[0019]超声加工时，高频电源驱动换能器，将电振荡转换为同一频率、垂直于变幅杆1表面的超声机械振动，其振幅较小，再经变幅杆1放大一定程度，以驱动振子工作台2端面作超声振动。振子工作台2再带动工件进行超声振动，于此同时砂轮对工件进行磨削。振子工作台2的固有频率可控制在一定范围内，从而使整体振动装置的共振频率控制在所需范围内，达到所预期的实验目的，提高工件表面磨削质量。
[0020]振子工作台的侧面将光孔改变为螺纹孔，通过螺纹连接增加配重螺栓，从而改变振子工作台的质量与结构，从而改变振动装置的振动效果，从而适应更大尺寸范围的工件，零件加工范围更大。
[0021]本发明的超声振动辅助磨削装置经过多次试验，处于超声磨削状态的工件的固有频率以及振动幅度效果良好，接近预期目标，能够有效改善工件表面磨削质量，提高加工啊效率，适合在硬脆材料和难加工等材料的磨削领域推广。
【主权项】
1.一种超声振动辅助磨削装置，包括变幅杆(1)、振子工作台(2)、滑块(3)、直线导轨(4)、承载中板(5)、测力仪(6)、承载底板(7)、支架(8)，其特征在于:所述振子工作台(2)下面通过滑块(3)与直线导轨(4)配合连接形成滚动接触，所述直线导轨(4)安装在承载中板(5 )上，所述振子工作台(2 ) —侧中部连接(1)变幅杆(1)，且变幅杆(1)通过支架(8 )固定在承载底板(7)上，所述承载中板(5)固定连接在测力仪(6)上，所述测力仪(6)安装在承载底板(7)上。2.根据权利要求书1所述的超声振动辅助磨削装置，其特征在于:所述振子工作台(2)与变幅杆(1)通过双头螺钉水平连接，当超声电源通电后，换能器产生20kHz的高频振动，通过变幅杆，使振子工作台及工件在直线导轨滑动方向上产生超声振动，振动幅值在5um-20um 之间。3.根据权利要求书1所述的超声振动辅助磨削装置，其特征在于:所述振子工作台(2)为带有三维通孔结构的长方体板块的振子工作台，振子工作台(2)的三维通孔结构上安装各种样式的夹具，用于方便各种尺寸工件的安装。4.根据权利要求书3所述的超声振动辅助磨削装置，其特征在于:所述振子工作台(2)侧面的通孔为螺纹孔，振子工作台(2 )通过螺纹孔连接配重螺栓来改变质量和结构，从而改变振动效果适用于不同规格的工件。
【专利摘要】本发明涉及一种超声振动辅助磨削装置，包括变幅杆、振子工作台、滑块、直线导轨、承载中板、测力仪、承载底板、支架，振子工作台下面通过滑块与直线导轨配合连接形成滚动接触，所述直线导轨安装在承载中板上，振子工作台一侧中部连接变幅杆，且变幅杆通过支架固定在承载底板上，承载中板固定连接在测力仪上,测力仪安装在承载底板上。本装置可以用于轴向与切向一维超声振动磨削，经过设计并测试分析后可以在所需特定频率附近达到最佳振动效果，且能使夹持工件的部位振幅最大，从而能够有效改善磨削效果，提高表面磨削质量。
【IPC分类】B24B1/04, B24B41/00
【公开号】CN105382634
【申请号】CN201510856943
【发明人】李厦, 栾武, 钞俊闯
【申请人】上海理工大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月30日