扭转振动超声珩磨装置的制作方法

本发明涉及珩磨，尤其涉及一种扭转振动超声珩磨装置。

背景技术：

1、珩磨是一种表面光整加工技术，主要用于改善零件内孔表面的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。但是，普通珩磨在珩磨钛合金、铝合金、铜合金等韧性金属材料时，会出现油石严重堵塞(油石堵塞是指：珩磨过程中出现的磨屑附着在油石表面，油石无法持续珩磨的现象)、工件内孔加工质量差、珩磨效率低等问题。将超声振动施加在油石上，形成超声珩磨方式，可以使冷却润滑液直接进入珩磨磨削区，珩磨力小、珩磨温度低，能够有效地减少韧性金属材料的油石堵塞，提高工件内孔的加工质量和珩磨效率。

2、现有的超声珩磨装置主要包括：采用单一压电换能器的超声珩磨装置和采用压电换能器内置式(压电换能器位于油石座的内部)的超声珩磨装置，采用单一压电换能器的超声珩磨装置和采用压电换能器内置式的超声珩磨装置均为纵向振动；

3、采用单一压电换能器的超声珩磨装置：纵向振动变幅杆输出端安装一个弯曲振动圆盘，再在弯曲振动圆盘波峰处安装多个挠性杆，通过挠性杆带动油石座纵向振动，从而带动油石形成纵向振动，这种设计存在两次振动转换，一是变幅杆的纵向振动转换为弯曲振动圆盘的弯曲振动，二是弯曲振动圆盘的弯曲振动转换为挠性杆、油石座和油石的纵向振动，如此设计，造成大量超声能量损耗，会降低油石的振幅，严重影响了工件的珩磨效率；

4、采用压电换能器内置式的超声珩磨装置：通过在油石座靠近机床的一端钻一深孔(孔深度为油石座长度的一半)，在深孔底部安装一个直径较小的压电换能器，未设置变幅杆，无法放大压电换能器的振幅，考虑到压电换能器电极片耳朵的尺寸和绝缘要求以及螺钉尺寸、孔内绝缘问题，压电陶瓷片的辐射面积所剩无几，压电换能器的连续输出功率所剩无几(一般为6w－8w)，油石的振幅最多也只有1μm－3μm；

5、上述两种方式均会降低油石的振幅，影响工件的珩磨效率和加工质量。

6、此外，采用单一压电换能器的超声珩磨装置通过挠性杆连接，挠性杆自身的刚性制约了油石和油石座胀开的均匀性和珩磨头浮动机构的灵活性，增加了油石胀开压力，容易破坏已加工工件的尺寸精度和形状精度；采用压电换能器内置式的超声珩磨装置受深盲孔加工工艺和装配工艺的限制，油石座深盲孔底面很难做到光滑、保证很高的平面度和垂直度，压电换能器输出端面与深盲孔底面很难重合，二者无法耦合，压电换能器输出能量很难向油石座传输。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有超声珩磨装置油石振幅小、工件珩磨效率低、加工质量差的技术问题，本发明提供一种扭转振动超声珩磨装置，通过对超声珩磨装置结构的改进，能够显著降低超声能量损耗，大幅度提高油石的振幅，进而提高工件的珩磨效率和加工质量。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种扭转振动超声珩磨装置，包括：安装座、油石机构、胀心轴、驱动机构、变幅杆以及压电换能器，所述油石机构安装在所述安装座上，所述胀心轴贯穿所述安装座，且所述胀心轴与所述油石机构相连接，所述驱动机构与所述胀心轴相连接，所述驱动机构通过所述胀心轴能够驱动所述油石机构沿着所述安装座的径向方向往复运动，所述变幅杆的输入端与所述压电换能器相连接，所述变幅杆的输出端与所述油石机构相连接；其中：所述油石机构设置有多个，多个所述油石机构呈等间距的环状分布，所述变幅杆的数量、所述压电换能器的数量均与所述油石机构的数量相等。

3、由此，通过变幅杆、压电换能器与油石机构一一对应的设计方式，采用直驱式超声扭转振动，相比于采用单一压电换能器的超声珩磨装置和采用压电换能器内置式的超声珩磨装置的纵向振动方式，该扭转振动方式能够显著降低超声能量损耗，大幅度提高油石的振幅，进而提高工件的珩磨效率和加工质量；同时，通过优化油石的振动模式，提高韧性金属材料、硬脆材料、深孔和盲孔的珩磨效率，改善加工质量。

4、进一步地，所述油石机构包括：油石座和油石，所述油石座与所述安装座相连接，所述油石位于所述油石座远离所述胀心轴的一侧，并与所述油石座相连接，所述变幅杆的输出端与所述油石座靠近所述压电换能器的侧面相连接，所述油石座靠近所述油石的侧面上开设有第一限位槽。

5、进一步地，所述安装座的周向方向开设有第一安装槽，所述安装座的轴向方向开设有多个第二安装槽，所述第二安装槽的数量与所述油石机构的数量相等，所述油石座沿着所述安装座的轴向方向贯穿所述第二安装槽，并与所述安装座滑动连接；其中：所述安装座共设置有两个，两个所述安装座分别位于所述油石座的两侧。由此，通过第一安装槽、第二安装槽能够对油石机构的径向移动进行限位，确保油石机构只能在第二安装槽内沿着安装座的径向方向进行移动。

6、进一步地，还包括：两个第一连接机构，每个所述第一连接机构均包括：多个横销和第一弹簧，所述横销沿着所述安装座的周向方向贯穿所述油石座，所述横销的两端均延伸到所述第一安装槽内，且所述横销与所述第一安装槽的内壁相抵接，所述第一弹簧位于所述第一安装槽内，且所述第一弹簧贯穿所述第一限位槽；其中：所述横销的数量与所述油石机构的数量相等。由此，通过横销能够对油石机构的轴向移动进行限位，确保油石机构不会沿着安装座的轴向方向进行移动，只能沿着安装座的径向方向进行移动；通过第一限位槽和第一弹簧的相互配合，能够确保第一弹簧不会脱离安装座，进而确保油石机构不会脱离安装座。

7、进一步地，所述胀心轴包括：两个第一连接部和第二连接部，两个所述第一连接部分别安装在所述第二连接部的两端，所述第一连接部与所述油石座相连接；每个所述第一连接部均包括：圆锥段和圆柱段，所述圆锥段安装在所述圆柱段的左侧，所述圆锥段左端的直径为d1、右端直径为d2，所述圆柱段的直径为d2；其中：d1＜d2，所述圆锥段的直径由左端至右端从d1逐渐变为d2。由此，通过圆锥段能够改变油石机构与安装座的相对位置，使得油石机构能够在安装座的径向方向往复运动，进而实现不同孔径工件的加工。

8、进一步地，还包括：多个顶销，所述顶销的一端与所述油石座相连接，所述顶销的另一端抵接在所述第一连接部的外周面上，所述顶销贯穿所述安装座，并与所述安装座滑动连接；其中：所述顶销的数量为所述油石机构数量的两倍。

9、进一步地，所述驱动机构包括：电机、螺纹杆以及套杆，所述电机的输出端与所述螺纹杆的一端相连接，所述螺纹杆的另一端与所述套杆的一端螺纹连接，所述套杆的另一端与靠近所述螺纹杆一侧的所述第一连接部相连接。由此，启动电机，通过电机驱动螺纹杆的转动，使得套杆能够沿着其自身的轴向方向往复运动，胀心轴随着套杆的往复运动而往复运动，进而使得油石机构沿着安装座的径向方向往复运动，以实现不同孔径工件的加工。

10、进一步地，还包括：第二连接机构，所述第二连接机构包括：第一连接杆、限位座以及多个支撑板，所述第一连接杆为中空结构，所述螺纹杆、所述套杆均位于所述第一连接杆内，且所述螺纹杆的一端延伸到所述第一连接杆的外部，所述安装座位于所述第一连接杆的左侧，并与所述第一连接杆相连接，所述限位座贯穿所述第一连接杆，且所述限位座位于靠近所述电机一侧的所述安装座的右侧，所述支撑板位于所述限位座的右侧，且所述支撑板的一端安装在所述第一连接杆的外周面上，多个所述支撑板呈等间距的环状分布。

11、进一步地，所述第二连接机构还包括：壳体和挡板，所述壳体为中空结构，所述支撑板位于所述壳体内，且所述支撑板的另一端安装在所述壳体的内壁上，所述挡板位于壳体的左侧，并与所述壳体相连接，所述电机与所述壳体相连接。

12、进一步地，所述变幅杆的形状为圆锥形，所述变幅杆的节圆处设置有安装法兰。由此，以实现变幅杆输入端扭转振动振幅的放大。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明通过变幅杆、压电换能器与油石机构一一对应的设计方式，采用直驱式超声扭转振动，相比于采用单一压电换能器的超声珩磨装置和采用压电换能器内置式的超声珩磨装置的纵向振动方式：

15、1、扭转振动的振动方式能够显著降低超声能量损耗，大幅度提高油石的振幅，进而提高工件的珩磨效率和加工质量；

16、2、通过优化油石的振动模式，提高韧性金属材料、硬脆材料、深孔和盲孔的珩磨效率，改善加工质量。