一种用于磨削硬脆材料二维超声振动砂带磨削装置的制作方法

本实用新型专利属于硬脆材料精密超精密加工领域，具体涉及一种用于磨削脆性材料二维超声振动砂带磨削装置。

背景技术：

硬脆材料的精密超精密加工是现代制造加工领域的难点与热点。例如金刚石、玻璃、陶瓷等硬脆材料通常具有高的机械强度和硬度、膨胀系数低、抗腐蚀性及耐磨性能强、好的绝缘性等特性。脆性材料作为当前尖端科学技术中应用最为活跃的材料之一，其材料脆性大，材料的弹性极限与强度极限非常接近的特点，当加工材料时，材料所承受的载荷略微超过弹性极限就会导致材料脆性去除，加工后的表面存在裂纹。因此，对脆性材料研究一种精密、高效、低成本的加工工艺技术已经成为国防科技、航空航天、电子信息等领域急需研究的重要课题。

为解决硬脆材料的加工问题，国内外学者提出了很多硬脆材料无损加工技术，如：超精密磨削技术、延性域磨削等。但这些技术主要应用砂轮作为磨削工具，对待加工工件进行磨削。为了进一步提高加工效率，降低加工成本，国内外学者发现超声波加工与传统砂轮磨削技术结合有降低工件表面粗糙度、降低磨削力、增大磨削厚度、降低磨削温度等优点，并且研究表明相对于一维超声辅助磨削易受工艺参数影响，二维超声振动辅助磨削更具有独特的加工特点。但是砂轮磨削砂轮磨粒易堵塞，需要经常修整，与之对应的砂带磨削，其具有材料去除率比砂轮磨削的材料去除率要大的优点，而且在砂轮表面的磨粒分布是随机的，高低不平，而砂带表面磨粒分布比较均匀，定向排列，因此砂带磨削切削性能要好；砂带磨削又有“冷态”磨削之称，加工过程中不易烧伤工件表面，则表面质量好等。现有的二维超声振动磨削装置大多为砂轮磨削装置，该类装置施加的二维超声振动易产生相互干涉，从而导致实验结果达不到理想效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服以上缺陷，提供一种结构简单、性能可靠的适用于硬脆材料超精密加工的二维超声振动砂带磨削装置。

为达到上述目的，技术方案如下：

一种用于磨削硬脆材料二维超声振动砂带磨削装置，包括：二维超声振动部分、砂带传动部分、基板、移动平台和工作台。二维超声振动部分固接在基板和移动平台上，砂带传动部分固接在基板上，基板和移动平台固接在工作台上。二维超声振动部分包括纵向超声振动系统和横向超声振动系统，其中，纵向超声振动系统包括：第一超声波发生器、纵向压电换能器、纵向变幅杆、工具头、底座一，纵向变幅杆大端与纵向压电换能器固接，纵向压电换能器与第一超声波发生器连接，纵向变幅杆小端固接工具头，纵向变幅杆上的法兰固接在底座一上；横向超声振动系统包括：第二超声波发生器、横向压电换能器、横向变幅杆、托板、底座二，横向变幅杆大端与横向压电换能器固接，横向压电换能器与第二超声波发生器连接，横向变幅杆小端固接托板，横向变幅杆上的法兰固接在底座二上。砂带传动部分包括：收带轮、放带轮、电机、柔性开式砂带，砂带张紧机构、导向轮、轴承座，其中，收带轮安装在阶梯轴上，阶梯轴安装在轴承座一上，该阶梯轴通过联轴器与电机一连接，并且轴承座一、电机一固接在基板二上；放带轮安装在阶梯轴上，阶梯轴安装在轴承座二上，该阶梯轴通过联轴器与电机二连接，并且轴承座二、电机二固接在基板二上；两个导向轮通过“L”型板固接在基板一上；砂带张紧机构通过螺栓连接在基板二上；基板二与基板一固接；柔性开式砂带一端缠绕在放带轮上，然后另一端经由砂带张紧机构上的导轮、工具头和导向轮缠绕在收带轮上。

本实用新型将超声振动系统与砂带磨削结合形成二维超声振动砂带磨削装置。在横向超声振动系统中，横向变幅杆与横向换能器将第二超声波发生器传输的高频电震荡转换为一定振幅高频机械振荡，然后作用在托板上，从而使安装在托板上的工件产生横向高频振动。在纵向超声振动系统中，纵向变幅杆与纵向换能器将第一超声波发生器传输的高频电震荡转换为一定振幅高频机械振荡，然后作用在工具头上，从而使套在工具头上的柔性开式砂带产生纵向高频振动，作用在工件上。两个超声高频震荡的相对运动轨迹可在磨削进给方向上合成为一个二维椭圆振动。同时，电机接通外部电源，收带轮收带，放带轮放带，实现柔性砂带的转动进给。因此能够在工件表面合成一个螺旋式的加工轨迹，减小了柔性开式砂带磨损，降低了磨削力，增大磨削了厚度，降低磨削温度，而且该二维超声振动砂带磨削装置与传统超声砂轮磨削相比，改善了砂轮磨削中砂轮磨粒易堵塞的缺点，还不易灼伤工件，大大减小了在二维方向上施加的超声振动的相互干涉，充分发挥二维超声振动效果，从而实现硬脆材料的二维超声振动砂带磨削，并且砂带价格低，能有效降低成本。

附图说明

图1为本实用新型的整体装配图。

图2为本实用新型的纵向超声振动系统4。

图3为本实用新型的横向超声振动系统5。

具体实施方案

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

图1至图3中的附图标号为：收带轮1、放带轮2、砂带张紧机构3、纵向超声振动系统4、横向超声振动系统5、工作台6、移动平台7、基板一8、柔性开式砂带9、导向轮10、基板二11、轴承座一12、电机一13、电机二14、轴承座二15、工件16、第一超声波发生器4-1、纵向压电换能器4-2、纵向变幅杆4-3、工具头4-4、底座一4-5、第二超声波发生器5-1、横向压电换能器5-2、横向变幅杆5-3、托板5-4、底座二5-5。

图1至图2所示，收带轮1安装在阶梯轴上，阶梯轴安装在轴承座一12上，该阶梯轴通过联轴器与电机一13连接，并且轴承座一12、电机一13固接在基板二11上；放带轮2安装在阶梯轴上，阶梯轴安装在轴承座二15上，该阶梯轴通过联轴器与电机二14连接，并且轴承座二15、电机二14固接在基板二11上；纵向超声振动系统4、横向超声振动系统5分别安装在基板一8、移动平台7上；两个导向轮10通过“L”型板固接在基板一8上；砂带张紧机构3通过螺栓连接在基板二11上；基板二11与基板一8固接，并且基板一8固接在工作台6上；移动平台7固接在工作台6上；柔性开式砂带9一端缠绕在放带轮2上，然后另一端经由砂带张紧机构3上的导轮、工具头4-4和导向轮10缠绕在收带轮1上。

图2所示，纵向变幅杆4-3大端与纵向压电换能器4-2固接，纵向压电换能器4-2与第一超声波发生器4-1连接，纵向变幅杆4-3小端固接工具头4-4，纵向变幅杆4-3上的法兰固接在底座一4-5上。纵向变幅杆4-3和纵向压电换能器4-2的连接表面必须经过研磨加工，以保证很高的平面度和很小的表面粗糙度，组装时这两个被连接表面应先涂硅油，然后再固接在一起。

图3所示，横向变幅杆5-3大端与横向压电换能器5-2固接，横向压电换能器5-2与第二超声波发生器5-1连接，横向变幅杆5-3小端固接托板5-4，横向变幅杆5-3上的法兰固接在底座二5-5上。横向变幅杆5-3和横向压电换能器5-2的连接表面必须经过研磨加工，以保证很高的平面度和很小的表面粗糙度，组装时这两个被连接表面应先涂硅油，然后再固接在一起。

本实用新型中，横向变幅杆5-3与横向换能器5-2将第二超声波发生器5-1传输的高频电震荡转换为一定振幅高频机械振荡，然后作用在托板5-4上，从而使安装在托板5-4上的工件15产生横向高频振动。纵向变幅杆4-3与纵向换能器4-2将第一超声波发生器4-1传输的高频电震荡转换为一定振幅高频机械振荡，然后作用在工具头4-4上，从而使套在工具头4-4上的柔性开式砂带9产生纵向高频振动，作用在工件16上。两个超声高频震荡的相对运动轨迹可在磨削进给方向上合成为一个二维椭圆振动。同时，电机一13、电机二14接通外部电源，收带轮1收带，放带轮2放带，实现柔性砂带的转动进给，因此能够在工件16表面合成一个螺旋式的加工轨迹。