专利名称：一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合型振动磨削加工装置，尤其涉及一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的方法和装置，它适合涂覆于复杂曲面上而厚度比较薄的涂层边缘切削加工，属于涂层材料切削加工工艺和涂层加工设备部件技术领域。
背景技术：
在现有技术条件下，涂覆于复杂曲面上的高分子涂层材料完全固化、干燥以后，硬度很大，不易加工。因此提出在固化以后没有完全干燥之前进行加工。但是，即使在这种情况下，涂层材料的硬度依然比较大，采用基于传统加工技术的便携式装置加工，加工过程中产生的切削力比较大、稳定性很差，造成涂层表面质量很差。振动加工技术是一种特种加工方法，对于难加工材料尤其是硬度比较高的材料有着特殊的工艺效果。一般情况下，振动加工技术分为两种形式高频振动，低频振动。其中高频振动具有小振幅、高频率的特点，；低频振动具有大振幅、低频率的特点。从振动加工技术应用的情况来看，目前大多只是应用其中的某一种振动方式，这无疑限制了振动加工的范围。高低频复合型振动磨削方法是一种全新的加工方法。传统的磨削加工，大多是通过砂轮的高速旋转运动实现的。高低频复合振动磨削方法改变了传统的磨削思路。在该装置中只有高频振动和低频振动，通过工具自身的振动实现对工件的加工。其中低频部分是工具的主运动，沿低频部分的轴线方向，引起工具以几百赫兹做大振幅往复运动，对涂层材料进行往复断续的磨削加工；高频振动沿着高频部分的轴线方向进行振动，使得磨粒做上万赫兹的振动，粉末状切屑与磨粒之间的摩擦系数降低，引起附着力的减小，因此可以有效地防止磨粒之间的堵塞，保持磨粒的锋利性，延长了工具的使用寿命。同时，由于超声振动加工方法具有极强的微量精密切削能力，实际切深非常接近理论切深，显著提高磨削加工精度和表面质量。
发明内容
1、目的本发明的目的是提供一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的方法和装置。采用该方法设计的装置克服了现有技术的不足，磨削加工的涂层材料达到了良好的加工精度和加工质量，使得振动加工技术在涂层材料领域得到广泛应用。2、技术方案1)见图1，本发明一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的装置，该装置由超声高频振动组件1、低频振动外壳组件2、低频振动激励组件3、连接组件4组成。它们之间的位置连接关系是超声高频振动组件1通过连接组件4安装在低频振动激励组件3的主轴31上，低频振动激励组件3通过该组件中的支撑轴承34A、34B、34C和34D与低频振动外壳组件2的轴承安装槽251A、251B、251C和251D进行连接，其中低频振动激励组件3安装在低频振动外壳组件2壳体内。所述超声高频振动组件1，是由托盘11、压紧盖12、变幅杆13、高频振动激励源14、后盖板15、外壳16、拐角17、后隔振块18、前隔振块19、密封圈20和位置调节螺母观组成。 超声高频振动组件1沿纵向轴线顺次布局为托盘11、位置调节螺母观、压紧盖12、密封圈 20、前隔振块19、变幅杆13、高频振动激励源14、后盖板15、后隔振块18、外壳16、拐角17。其间关系是托盘11和位置调节螺母观安装在变幅杆13的前端，高频振动激励源14通过后盖板15和变幅杆13的后半部分将其夹紧，密封圈20安装在压紧盖12上，前隔振块19放置在压紧盖12内，变幅杆13的大端与前隔振块19贴合，后隔振块18放置在外壳16内，后盖板15与后隔振块18，通过压紧盖12将其固定在外壳16壳体内。前隔振块 19与后隔振块18起到隔振的作用，使得高频振动不能传递到外壳16，提高超声振动能量的利用率。该托盘11是中间设置有孔的圆盘和圆柱件的组合；该压紧盖12是圆壳凹体形状； 该变幅杆13是中部为圆柱体而两端是细长且带有螺纹的杆状件；该高频振动激励源14是圆环筒形的压电陶瓷片组；该后盖板15是阶梯圆柱形件；该外壳16是中空的圆壳体形件； 该拐角17是轴线成90度L形圆柱状件；该后隔振块18是中部带孔的圆壳凹体形状件；该前隔振块19是中部带孔的圆壳凹体形状件；该密封圈20和位置调节螺母观是按需要选购的标准件。所述低频振动外壳组件2，包括有减磨轴承21、前外筒22、中外筒23、上壳M、后外筒 25、尾端 26、压紧螺钉 27A、27B、27C、27D、27E、27F。其间关系是减磨轴承21安装在前外筒22内部，前外筒22通过设置的内螺纹221 与中外筒23设置的外螺纹231连接并位置在前，中外筒23通过尾部的内螺纹232与后外筒 25的外螺纹253连接并位置在前，上壳M通过六个压紧螺钉27A、27B、27C、27D、27E、27F安装在后外筒25上，尾端沈通过其设置的外螺纹261与后外筒25的内螺纹2M连接。该减磨轴承21是中间设有通孔的圆柱形市购标准件；该前外筒22是中空的圆筒形件；该中外筒23是大小口圆锥形件，其小口端设置有外螺纹231，大口端设置有内螺纹232 ；该上壳M 是薄壁半圆筒形件；该后外筒25是两端分别带有外、内螺纹253、254，中部一半透空的圆筒形件；该尾端26是两端带有螺纹的圆锥体筒形件；该压紧螺钉27A、27B、27C、27D、27E、27F 是按需要选购的市购标准连接件。所述低频振动激励组件3，包括有主轴31、压紧螺钉32A和32B、轴承压盖33、支撑轴承34A、支撑轴承34B、支撑轴承34C、支撑轴承34D、偏心轴承35、风叶式气动马达36、进气管37、大齿轮38和偏心齿轮轴39。其间关系是偏心轴承35安装在偏心齿轮轴39的偏心部分392上，支撑轴承34A、 34D分别安装在偏心齿轮轴39的两端对称的位置上，然后再将组装好的该部分通过偏心轴承35安装在主轴31的轴承安装槽312内，用轴承压盖33和压紧螺钉32A、32B将该部分固定。大齿轮38通过热装配安装在风叶式气动马达36的转轴361上，再将支撑轴承34B、支撑轴承34C安装在风叶式气动马达36的转轴361两端。安装位置应保证大齿轮38与偏心齿轮轴39上的齿轮391有正确的啮合关系。进气管37通过其外螺纹371A与风叶式气动马达36上的进气孔362连接。该主轴31是一端头部设置有通孔、另一端带有轴承安装槽 312的圆杆形件；该压紧螺钉32A和32B是标准连接件；该轴承压盖33是两端带有通孔的半圆形件；该风叶式气动马达36是按需要选购的市购产品；该进气管37是中空的弯曲管形件；该偏心齿轮轴39是带齿轮和偏心部分的轴形件。所述连接组件4，包括有压紧螺栓41、压紧螺母42、卡箍43和压紧螺钉44。其间关系是压紧螺母42置于卡箍43的通孔435部位，用压紧螺栓41紧固，压紧螺钉44穿过卡箍43的通孔431部位紧固。该压紧螺栓41、压紧螺母42、压紧螺钉44皆为市购标准连接件，该卡箍43是由两部分形状组成的件，一部分是中部开有槽和通孔的长方体形状，另一部分是中部开有槽并带有两个凸耳的圆环形件。基于高低频复合振动方法设计的装置磨削加工时，主轴31沿着低频振动的轴向做大振幅、低频率振动提供磨削所需要的主运动，将所要求的涂层材料去除，同时变幅杆13 带动贴在托盘11上的砂盘沿着变幅杆做高频率、小振幅振动，使得磨下粉末状的切削不能粘在沙盘上，在磨粒之间堵塞。2)本发明一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的方法，该方法具体步骤如下步骤一将粘有双面胶的砂盘贴在托盘11的托盘面112上，保证安装的时候边缘与托盘面112外圆边缘对齐；步骤二 将外部设备气源与尾端沈的外螺纹263连接，使得主轴31带动托盘11 往复低频运动；步骤三用千分表检测低频振动振幅，通过观察千分表示数在0. 5-0. 6mm范围内， 依此标准判断低频振动的振幅是否达到要求的值，该振幅要求值为0. 5-0. 6毫米，如果达不到，则调整外部设备气源的气压大小，以达到要求的振幅为最佳；步骤四将超声高频振动组件1与外部设备超声电源相连接，使得托盘11做高频振动；步骤五用小轴承检测高频振动振幅，通过观察小轴承的转速约在60 80转/分钟，依此标准判断高频振动的振幅是否达到要求的值，该振幅要求值为5-8微米，如果达不到，则调整外部设备超声电源的功率大小，以达到要求的振幅为最佳；步骤六将托盘11倾斜，托盘11边缘与涂层材料保持约30° 45°角度，涂层材料边缘便可加工出约30° 45°过渡角度；步骤七当曲面曲率变动过大时，沿轴线方向上调整卡箍43在外筒16的上下位置，工具便可适应加工不同曲率的曲面；步骤八当砂盘磨损时，松动位置调节螺母观，转动托盘11，使得砂盘另一部分进行加工。3、优点及功效本发明一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的方法和装置优点在于(1)通过本装置，将高频振动和低频振动复合在一起，通过这种崭新的磨削方法完成了对涂层材料的加工。(2)托盘部分安装有位置调节螺母，当砂盘某一加工部分的磨粒磨损时，通过调节螺母的位置，转动托盘，砂盘另一加工部分的磨粒可以使用，提高了砂盘的利用率，降低了加工成本。( 高频振动的变幅杆和前盖板做成一体的，使得超声振动传递过程中能量损失降到最低。(4)超声高频振动组件1加有隔振装置，当换能器高频振动时，可以有效地防止振动传向外壳，提高了高频振动能量的利用率。( 低频振动通过气动装置实现，具有很高的效率，当磨削力过大时，低频振动部分可以自动停止运转，保证了装置安全性。(6)低频振动激励组件3改变了传统的通过滑动摩擦的方式实现低频振动，改用安装在偏心轴上滚动轴承的滚动摩擦的方式实现，减小了摩擦力，使得系统有更长的使用寿命。(7)低频振动激励组件部分加入了一对齿轮啮合，当工作气压一定时，使得工具有更高的振动频率，加工效率更高。
图1是本发明一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削装置的结构图. 图2是本发明的超声高频振动组件1的结构3是本发明的超声高频振动组件1的爆炸图。 图4是本发明的低频振动外壳组件2的结构图。 图5是本发明的低频振动外壳组件2的爆炸图。 图6是本发明的低频振动激励组件3结构图。 图7是本发明的低频振动激励组件3的爆炸图。 图8是本发明的连接组件4结构图。
图9是本发明的连接组件4的爆炸图。 图中1.超声高频振11.托盘12.压紧盖13. 动组件变幅杆14.高频振动激15.后盖板16.外壳17.拐角18.后隔振块励源19.前隔振块20.密封圈28.位置调节螺母111.内螺纹112.托盘面121.通孔122.凸出123.内螺纹124.凹槽131.贴合面132.螺纹杆133.前盖板134.螺纹杆141.通孔142A.贴合面142B.贴合面151.内螺纹152贴合面161.通孔162.螺纹孔
163.外螺纹171.外螺纹
2.低频振动外21.减磨轴承壳组件
25.后外筒26.尾端
172.宽槽 22.前外筒
181.穿线槽 23.中外筒
191.通孔
24.上壳
27A.压紧螺钉 27B.压紧螺钉 27C.压紧螺钉
权利要求
1. 一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的装置，其特征在于该装置由超声高频振动组件(1)、低频振动外壳组件( 、低频振动激励组件C3)、连接组件(4)组成，超声高频振动组件(1)通过连接组件(4)安装在低频振动激励组件(3)的主轴(31)上，低频振动激励组件( 通过该组件中的支撑轴承(34A)、(34B)、(34C)和(34D)与低频振动外壳组件 ⑵的轴承安装槽051A)、(251B), (251C)和Q51D)连接，低频振动激励组件(3)安装在低频振动外壳组件( 壳体内；所述超声高频振动组件(1)，是由托盘(11)、压紧盖(12)、变幅杆(13)、高频振动激励源(14)、后盖板(15)、外壳(16)、拐角(17)、后隔振块(18)、前隔振块(19)、密封圈(20) 和位置调节螺母08)组成，超声高频振动组件(1)沿纵向轴线顺次布局为托盘(11)、位置调节螺母(观)、压紧盖(12)、密封圈(20)、前隔振块(19)、变幅杆(13)、高频振动激励源 (14)、后盖板(15)、后隔振块(18)、外壳(16)、拐角(17)；托盘(11)和位置调节螺母(28) 安装在变幅杆(1 的前端，高频振动激励源(14)通过后盖板(1 和变幅杆(1 的后半部分将其夹紧，密封圈00)安装在压紧盖(1 上，前隔振块(19)放置在压紧盖(1 内，变幅杆(13)的大端与前隔振块(19)贴合，后隔振块(18)放置在外壳(16)内，后盖板(15)与后隔振块(18)，通过压紧盖(1 将其固定在外壳(16)壳体内；前隔振块(19)与后隔振块 (18)起到隔振的作用，使得高频振动不能传递到外壳(16)，提高超声振动能量的利用率； 该托盘(11)是中间设置有孔的圆盘和圆柱件的组合；该压紧盖(1 是圆壳凹体形状；该变幅杆(1 是中部为圆柱体而两端是细长且带有螺纹的杆状件；该高频振动激励源(14) 是圆环筒形的压电陶瓷片组；该后盖板(1 是阶梯圆柱形件；该外壳(16)是中空的圆壳体形件；该拐角(17)是轴线成90度L形圆柱状件；该后隔振块(18)是中部带孔的圆壳凹体形状件；该前隔振块(19)是中部带孔的圆壳凹体形状件；该密封圈OO)和位置调节螺母08)是按需要选购的标准件；所述低频振动外壳组件0)，包括有减磨轴承(21)、前外筒(22)、中外筒(23)、上壳 (24)、后外筒 05)、尾端 06)和压紧螺钉(27A)、(27B)、(27C)、(27D)、(27E)、(27F)；减磨轴承安装在前外筒0 内部，前外筒0 通过设置的内螺纹(221)与中外筒03)设置的外螺纹(231)连接并位置在前，中外筒通过尾部的内螺纹(23 与后外筒05)的外螺纹(253)连接并位置在前，上壳(24)通过六个压紧螺钉(27A)、(27B)、(27C)、(27D)、 (27E), (27F)安装在后外筒0 上，尾端06)通过其设置的外螺纹061)与后外筒05) 的内螺纹(254)连接，该减磨轴承是中间设有通孔的圆柱形市购标准件；该前外筒 (22)是中空的圆筒形件；该中外筒03)是大小口圆锥形件，其小口端设置有外螺纹031)， 大口端设置有内螺纹032)；该上壳04)是薄壁半圆筒形件；该后外筒0 是两端分别带有外、内螺纹(25 、(254)，中部一半透空的圆筒形件；该尾端06)是两端带有螺纹的圆锥体筒形件；该压紧螺钉(27A)、(27B)、(27C)、(27D)、(27E)、(27F)是按需要选购的市购标准连接件；所述低频振动激励组件(3)，包括有主轴(31)、压紧螺钉(32A)和(32B)、轴承压盖 (33)、支撑轴承(34A)、支撑轴承(34B)、支撑轴承(34C)、支撑轴承(34D)、偏心轴承(35)、 风叶式气动马达(36)、进气管(37)、大齿轮(38)和偏心齿轮轴(39)；偏心轴承(35)安装在偏心齿轮轴(39)的偏心部分(39 上，支撑轴承(34A)、(34D)分别安装在偏心齿轮轴 (39)的两端对称的位置上，然后再将组装好的该部分通过偏心轴承(3 安装在主轴(31)的轴承安装槽(312)内，用轴承压盖(3 和压紧螺钉(32A)、(32B)将该部分固定；大齿轮 (38)通过热装配安装在风叶式气动马达(36)的转轴(361)上，再将支撑轴承(34B)、支撑轴承(34C)安装在风叶式气动马达(36)的转轴(361)两端，安装位置应保证大齿轮(38) 与偏心齿轮轴(39)上的齿轮(391)有正确的啮合关系；进气管(37)通过其外螺纹(371A) 与风叶式气动马达(36)上的进气孔(36 连接；该主轴(31)是一端头部设置有通孔、另一端带有轴承安装槽(312)的圆杆形件；该压紧螺钉(32A)和(32B)是标准连接件；该轴承压盖(3 是两端带有通孔的半圆形件；该风叶式气动马达(36)是按需要选购的市购产品； 该进气管(37)是中空的弯曲管形件；该偏心齿轮轴(39)是带齿轮和偏心部分的轴形件； 所述连接组件，包括有压紧螺栓Gl)、压紧螺母0 、卡箍和压紧螺钉G4)， 压紧螺母0 置于卡箍的通孔(43 部位，用压紧螺栓Gl)紧固，压紧螺钉04)穿过卡箍^幻的通孔(431)部位紧固；该压紧螺栓(41)、压紧螺母(42)、压紧螺钉04)皆为市购标准连接件，该卡箍是由两部分形状组成的件，一部分是中部开有槽和通孔的长方体形状，另一部分是中部开有槽并带有两个凸耳的圆环形件。
2. 一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一将粘有双面胶的砂盘贴在托盘(11)的托盘面(11 上，保证安装的时候边缘与托盘面(11 外圆边缘对齐；步骤二 将外部设备气源与尾端06)的外螺纹( 连接，使得主轴(31)带动托盘 (11)往复低频运动；步骤三用千分表检测低频振动振幅，通过观察千分表示数在0. 5-0. 6mm范围内，依此标准判断低频振动的振幅是否达到要求的值，该振幅要求值为0. 5-0. 6毫米，如果达不到， 则调整外部设备气源的气压大小，以达到要求的振幅为最佳；步骤四将超声高频振动组件(1)与外部设备超声电源相连接，使得托盘(11)做高频振动；步骤五用小轴承检测高频振动振幅，通过观察小轴承的转速约在60 80转/分钟， 依此标准判断高频振动的振幅是否达到要求的值，该振幅要求值为5-8微米，如果达不到， 则调整外部设备超声电源的功率大小，以达到要求的振幅为最佳；步骤六将托盘(11)倾斜，托盘(11)边缘与涂层材料保持30° 45°角度，涂层材料边缘便加工出30° 45°过渡角度；步骤七当曲面曲率变动过大时，沿轴线方向上调整卡箍在外筒(16)的上下位置，工具便可适应加工不同曲率的曲面；步骤八当砂盘磨损时，松动位置调节螺母( )，转动托盘(11)，使得砂盘另一部分进行加工。
全文摘要
一种基于超声高频气动低频复合型振动磨削的方法和装置，该装置由超声高频振动组件、低频振动外壳组件、低频振动激励组件、连接组件组成。超声高频振动组件通过连接组件安装在低频振动激励组件的主轴上，低频振动激励组件通过该组件中的支撑轴承与低频振动外壳组件的轴承安装槽进行连接，其中低频振动激励组件安装在低频振动外壳组件壳体内。该磨削的方法有八大步骤。本发明实现了涂层材料超声振动和低频振动的复合型振动切削，成本低，效率高，实用性强，复合型振动稳定可靠，它在涂层材料切削加工工艺和涂层加工设备部件技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
文档编号B24B1/04GK102211297SQ20111014436
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者姜兴刚, 张国华, 张德远, 李 诚 申请人:北京航空航天大学