超聲振動(dòng)輔助磨削裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種平面磨削裝置，尤其是一種采用超聲振動(dòng)輔助的平面磨削裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]
隨著機(jī)械、電子、信息、能源、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域高端裝備的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一大批性能要求越來(lái)越高的零部件。這些零部件對(duì)硬脆性材料、難加工材料和新型先進(jìn)材料的需求日益增多，對(duì)關(guān)鍵零件的加工效率、加工質(zhì)量和加工精度提出了更高的要求。傳統(tǒng)加工方法是采用超精密磨削和單點(diǎn)金剛石切削，會(huì)產(chǎn)生較大的磨削力以及磨削熱，引起工件表面、亞表面損傷以及砂輪壽命低；嚴(yán)重制約著零件加工精度及加工效率，迫切需要新的磨削工藝來(lái)解決此類問(wèn)題。超聲振動(dòng)輔助磨削是解決此類問(wèn)題的方法之一。
[0003]超聲加工又分為傳統(tǒng)意義上的超聲加工與超聲輔助加工。傳統(tǒng)的超聲加工是通過(guò)懸浮磨料的錘擊、磨蝕和撕扯以及磨料懸浮液的空化作用來(lái)對(duì)工件表面進(jìn)行加工。它在加工硬脆材料方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但其工具磨損較大，且材料去除率并不高。而超聲輔助加工是在超聲加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種加工方式，它既利用了超聲加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)又能減小工具的磨損提高材料去除率。
[0004]由于超聲振動(dòng)輔助磨削加工是在傳統(tǒng)磨削過(guò)程中對(duì)砂輪或工件施加超聲振動(dòng)，改變磨粒和工件的干涉過(guò)程，從而獲得更好的加工效果。高國(guó)富、趙波對(duì)改性氧化鋁陶瓷進(jìn)行超聲振動(dòng)輔助磨削形貌研究，表明加工表面上可以觀測(cè)到晶粒細(xì)化現(xiàn)象，幾乎沒(méi)有破碎發(fā)生，表明材料去除模式主要為塑性去除；與普通磨削的對(duì)比試驗(yàn)，表面粗糙度降低30%_40%。山東大學(xué)的張洪麗研究了不同砂輪粒度、磨削深度、超聲振動(dòng)輔加方式下工件加工表面的脆塑性顯微形貌特征，分析各磨削用量及不同超聲振動(dòng)輔加方式對(duì)工件材料去除方式的影響。
[0005]如何實(shí)現(xiàn)硬脆性材料的高效率、高質(zhì)量、高精度加工是現(xiàn)代精密制造領(lǐng)域的技術(shù)難題，為解決這一難題，超聲振動(dòng)磨削技術(shù)被引入到硬脆性材料的加工中。超聲振動(dòng)輔助磨削技術(shù)各種類型如圖1所示，其中一維超聲輔助磨削技術(shù)可歸結(jié)為三類:(a)軸向振動(dòng)磨削；(b)徑向振動(dòng)磨削；(c)切向振動(dòng)磨削。
[0006]目前針對(duì)超聲振動(dòng)輔助磨削的研究，多為一維結(jié)構(gòu)，將超聲振動(dòng)加在主軸上帶動(dòng)刀具振動(dòng)。這種方法對(duì)主軸改動(dòng)較大，并且移植性差，所能加工的工件尺寸適應(yīng)范圍很小。為了克服和改進(jìn)上述缺點(diǎn)，提出了本文所公開(kāi)的新型超聲振動(dòng)輔助磨削裝置。新型超聲振動(dòng)輔助磨削裝置能夠輔助磨削金屬、脆硬性材料如陶瓷等，而且振子工作臺(tái)的三維通孔結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不同的夾具以及一定尺寸范圍內(nèi)的工件，且能有效改善工件加工表面質(zhì)量，降低磨削力，提高磨削質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是要提供一種超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，其目的是要提高硬脆性材料、難加工材料和新型先進(jìn)材料的加工效率和加工質(zhì)量，對(duì)安裝在工作臺(tái)上的工件施加超聲振動(dòng)，改變磨粒和工件的干涉過(guò)程，從而獲得更好的加工效果。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，包括變幅桿、振子工作臺(tái)、滑塊、直線導(dǎo)軌、承載中板、測(cè)力儀、承載底板、支架，所述振子工作臺(tái)下面通過(guò)滑塊與直線導(dǎo)軌配合連接形成滾動(dòng)接觸，所述直線導(dǎo)軌安裝在承載中板上，所述振子工作臺(tái)一側(cè)中部連接變幅桿，且變幅桿通過(guò)支架固定在承載底板上，所述承載中板固定連接在測(cè)力儀上，所述測(cè)力儀安裝在承載底板上。
[0009]所述振子工作臺(tái)與變幅桿通過(guò)雙頭螺釘水平連接，當(dāng)超聲電源通電后，換能器產(chǎn)生20kHz的高頻振動(dòng)，通過(guò)變幅桿，使振子工作臺(tái)及工件在直線導(dǎo)軌滑動(dòng)方向上產(chǎn)生超聲振動(dòng)，振動(dòng)幅值在5um-20um之間。
[0010]所述振子工作臺(tái)為帶有三維通孔結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方體板塊的振子工作臺(tái)，振子工作臺(tái)的三維通孔結(jié)構(gòu)上安裝各種樣式的夾具，用于方便各種尺寸工件的安裝。
[0011]所述振子工作臺(tái)側(cè)面的通孔為螺紋孔，振子工作臺(tái)通過(guò)螺紋孔連接配重螺栓來(lái)改變質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，從而改變振動(dòng)效果適用于不同規(guī)格的工件。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，通過(guò)直線導(dǎo)軌增加在變幅桿方向上的振動(dòng)自由度，并且振子工作臺(tái)的三維通孔結(jié)構(gòu)能夠強(qiáng)化振動(dòng)效果，且能通過(guò)夾具來(lái)夾緊一定尺寸范圍內(nèi)的工件。振子工作臺(tái)側(cè)面孔可以改變?yōu)槁菁y孔增加配重螺栓來(lái)改變整個(gè)振子工作臺(tái)的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)，從而改變振子工作臺(tái)的固有頻率以及振動(dòng)效果，從而適應(yīng)更大尺寸范圍的工件。
[0013]本振動(dòng)裝置可以用于軸向與切向一維超聲振動(dòng)磨削，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)并測(cè)試分析后可以在所需特定頻率附近達(dá)到最佳振動(dòng)效果，且能使夾持工件的部位振幅最大，從而能夠有效改善磨削效果，提高表面磨削質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為超聲振動(dòng)輔助磨削方式示意圖，
其中:(a)為軸向振動(dòng)磨削，(b)為徑向振動(dòng)磨削，；(c)為切向振動(dòng)磨削；
圖2為本發(fā)明的超聲振動(dòng)輔助磨削裝置的結(jié)構(gòu)立體示意圖；
圖3為本發(fā)明的超聲振動(dòng)輔助磨削裝置的結(jié)構(gòu)主視圖；
圖4為本發(fā)明的超聲振動(dòng)輔助磨削裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
圖5為振子工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]如圖2至圖5所示，一種超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，包括變幅桿1、振子工作臺(tái)2、滑塊3、直線導(dǎo)軌4、承載中板5、測(cè)力儀6、承載底板7、支架8。
[0017]測(cè)力儀6通過(guò)螺栓固定在承載底板7與承載中板5之間。直線導(dǎo)軌4用螺栓固定在承載中板5之上。直線導(dǎo)軌4的兩組滑塊3與振子工作臺(tái)2連接，振子工作臺(tái)2可以在直線導(dǎo)軌4上微幅振動(dòng)，振子工作臺(tái)2與變幅桿1通過(guò)雙頭螺釘水平連接。超聲電源通電后，換能器產(chǎn)生20kHz的高頻振動(dòng)，通過(guò)變幅桿1，使振子工作臺(tái)2及工件在直線導(dǎo)軌4滑動(dòng)方向上產(chǎn)生超聲振動(dòng)，振動(dòng)幅值在5um-20um之間。
[0018]振子工作臺(tái)2為帶有三維通孔結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方體板塊，振子工作臺(tái)2 —側(cè)中部通過(guò)螺栓與1變幅桿安裝連接，振子工作臺(tái)2下側(cè)通過(guò)螺栓與滑塊3進(jìn)行固連，滑塊3與直線導(dǎo)軌4通過(guò)配合連接形成滾動(dòng)接觸，直線導(dǎo)軌4直接安裝于承載中板5上表面，測(cè)力儀6上表面通過(guò)螺栓與承載中板5進(jìn)行連接，下表面通過(guò)螺栓固定于承載底板7。
[0019]超聲加工時(shí)，高頻電源驅(qū)動(dòng)換能器，將電振蕩轉(zhuǎn)換為同一頻率、垂直于變幅桿1表面的超聲機(jī)械振動(dòng)，其振幅較小，再經(jīng)變幅桿1放大一定程度，以驅(qū)動(dòng)振子工作臺(tái)2端面作超聲振動(dòng)。振子工作臺(tái)2再帶動(dòng)工件進(jìn)行超聲振動(dòng)，于此同時(shí)砂輪對(duì)工件進(jìn)行磨削。振子工作臺(tái)2的固有頻率可控制在一定范圍內(nèi)，從而使整體振動(dòng)裝置的共振頻率控制在所需范圍內(nèi)，達(dá)到所預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，提高工件表面磨削質(zhì)量。
[0020]振子工作臺(tái)的側(cè)面將光孔改變?yōu)槁菁y孔，通過(guò)螺紋連接增加配重螺栓，從而改變振子工作臺(tái)的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)，從而改變振動(dòng)裝置的振動(dòng)效果，從而適應(yīng)更大尺寸范圍的工件，零件加工范圍更大。
[0021]本發(fā)明的超聲振動(dòng)輔助磨削裝置經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，處于超聲磨削狀態(tài)的工件的固有頻率以及振動(dòng)幅度效果良好，接近預(yù)期目標(biāo)，能夠有效改善工件表面磨削質(zhì)量，提高加工啊效率，適合在硬脆材料和難加工等材料的磨削領(lǐng)域推廣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，包括變幅桿(1)、振子工作臺(tái)(2)、滑塊(3)、直線導(dǎo)軌(4)、承載中板(5)、測(cè)力儀(6)、承載底板(7)、支架(8)，其特征在于:所述振子工作臺(tái)(2)下面通過(guò)滑塊(3)與直線導(dǎo)軌(4)配合連接形成滾動(dòng)接觸，所述直線導(dǎo)軌(4)安裝在承載中板(5 )上，所述振子工作臺(tái)(2 ) —側(cè)中部連接(1)變幅桿(1)，且變幅桿(1)通過(guò)支架(8 )固定在承載底板(7)上，所述承載中板(5)固定連接在測(cè)力儀(6)上，所述測(cè)力儀(6)安裝在承載底板(7)上。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，其特征在于:所述振子工作臺(tái)(2)與變幅桿(1)通過(guò)雙頭螺釘水平連接，當(dāng)超聲電源通電后，換能器產(chǎn)生20kHz的高頻振動(dòng)，通過(guò)變幅桿，使振子工作臺(tái)及工件在直線導(dǎo)軌滑動(dòng)方向上產(chǎn)生超聲振動(dòng)，振動(dòng)幅值在5um-20um 之間。3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，其特征在于:所述振子工作臺(tái)(2)為帶有三維通孔結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方體板塊的振子工作臺(tái)，振子工作臺(tái)(2)的三維通孔結(jié)構(gòu)上安裝各種樣式的夾具，用于方便各種尺寸工件的安裝。4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，其特征在于:所述振子工作臺(tái)(2)側(cè)面的通孔為螺紋孔，振子工作臺(tái)(2 )通過(guò)螺紋孔連接配重螺栓來(lái)改變質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，從而改變振動(dòng)效果適用于不同規(guī)格的工件。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲振動(dòng)輔助磨削裝置，包括變幅桿、振子工作臺(tái)、滑塊、直線導(dǎo)軌、承載中板、測(cè)力儀、承載底板、支架，振子工作臺(tái)下面通過(guò)滑塊與直線導(dǎo)軌配合連接形成滾動(dòng)接觸，所述直線導(dǎo)軌安裝在承載中板上，振子工作臺(tái)一側(cè)中部連接變幅桿，且變幅桿通過(guò)支架固定在承載底板上，承載中板固定連接在測(cè)力儀上,測(cè)力儀安裝在承載底板上。本裝置可以用于軸向與切向一維超聲振動(dòng)磨削，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)并測(cè)試分析后可以在所需特定頻率附近達(dá)到最佳振動(dòng)效果，且能使夾持工件的部位振幅最大，從而能夠有效改善磨削效果，提高表面磨削質(zhì)量。
【IPC分類】B24B1/04, B24B41/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105382634
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510856943
【發(fā)明人】李廈, 欒武, 鈔俊闖
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日