[發明專利]單激勵超聲橢圓振動拋光裝置

有效

• 申請號: 201410740449.1
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104400568A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 殷振;李華;汪幫富;曹自洋;李艷;謝鷗;陳玉榮;吳程紅;黃強;楊鑫銘
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于工件表面光整加工技術領域，尤其是涉及一種利用單激勵超聲橢圓振動和機械往復運動相結合的拋光裝置。

背景技術

現代工業科技的飛速發展對工件的表面質量提出了更高的要求，工件表面質量影響著工件的外觀質量和性能壽命，而研磨拋光是模具、工程機械、醫療設備、航空航天工業中某些關鍵零件表面加工的重要手段，為了提高研磨拋光的效率和質量，公開號為CN101362303A的發明專利文獻公開了一種機械往復與超聲振動復合的研磨方法，其采用機械往復振動和一維超聲振動相疊加的方法驅動磨頭對工件的表面進行研磨，進而達到提高加工效率和加工質量的目的，但是由于該方法采用的是一維超聲振動，且機械往復和超聲振動在同一方向上，其工具頭只能在一條直線上進行拋光，因此在使用過程中，依然存在著拋光效率偏低、研磨拋光的工件表面光潔度不夠均勻的問題。

超聲橢圓振動在超聲振動切削、超聲焊接、超聲研磨、超聲拋光、直線超聲電機和旋轉超聲電機等領域具有較廣泛的應用。目前研究人員大多采用縱向振動、扭轉振動、彎曲振動和徑向振動中的兩種振動形式進行復合來產生超聲橢圓振動，需要采用兩組或兩組以上的壓電陶瓷片來激發產生具有一定相位差的兩個或多個振動模態，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅動電源信號，且需要控制各路超聲驅動電源信號之間的相位差，超聲振動系統和控制系統結構復雜，制造難度大、控制難度高、生產成本高、不易實現微型化、工作性能不夠穩定，這些問題制約了超聲橢圓振動換能器在工業生產中的應用與推廣。

如何克服上述超聲振動拋光技術和超聲橢圓振動技術中存在的不足，并利用新型單激勵超聲橢圓振動技術，提供一種使工具頭實現往復機械運動和單激勵超聲橢圓軌跡振動的復合拋光裝置，進一步提高拋光效率和工件表面光潔度的均勻性，是本發明的主要研究內容。

發明內容

本發明提供了一種新型的單激勵超聲橢圓振動拋光裝置，目的是為了克服現有超聲振動拋光方法中存在的不足、提高拋光效率和工件表面光潔度的均勻性。

單激勵超聲橢圓振動拋光裝置，包括包括外套、直線軸承、往復驅動機構、殼體單元、置于殼體單元內的超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器和設置在橢圓振動模態轉換器前端的工具頭。所述的直線軸承支撐在殼體單元和外套之間，直線軸承為滑動直線軸承或滾動直線軸承。所述的殼體單元包括前擋板、內套筒和后擋板；所述的往復驅動機構一端固定在殼體單元的后擋板上，另一端固定在外套上，往復驅動機構為曲柄滑塊機構、偏心輪機構、絲杠螺母機構、氣缸或液壓缸往復驅動機構。

所述的超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設置有與殼體單元聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊，構成了超聲振動換能器的能量轉換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號轉換為超聲振動換能器的縱向超聲振動。

所述的橢圓振動模態轉換器與前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態轉換器焊接設置在前蓋板的前端。所述的橢圓振動模態轉換器為斜楔形結構，斜楔形結構橢圓振動模態轉換器原整體為長方體，沿超聲振動換能器軸線方向其一側被切割掉一部分后形成斜楔形結構，形成斜楔形的兩個側面中，未被切割的一側面平行于超聲振動換能器軸線，被切割過的另一側面與超聲振動換能器軸線成3-30度夾角。在橢圓振動模態轉換器與超聲換能器前蓋板的聯接處設有過渡圓弧。斜楔形結構橢圓振動模態轉換器中兩個近似梯形的側面與待拋光的工件表面平行。

橢圓振動模態轉換器設置在超聲振動換能器前端后構成的組合件稱為單激勵超聲橢圓振動換能器，使橢圓振動模態轉換器成為斜楔形結構的目的是為了改變單激勵超聲橢圓振動換能器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等；由于斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的存在，超聲振動換能器產生的縱向超聲振動在傳遞到斜楔形結構橢圓振動模態轉換器后，在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端分解為一部分縱向振動分量和一部分彎曲振動分量，且兩振動分量具有一定的相位差，進而在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端復合形成橢圓軌跡振動。

工具頭通過焊接、聯接螺釘或壓板機構聯接設置在橢圓振動模態轉換器的前端；當超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態轉換器末端后，轉換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，即轉換為橢圓振動模態轉換器末端的縱彎復合超聲橢圓振動；并驅動工具頭和橢圓振動模態轉換器末端一起做超聲橢圓振動。