[發(fā)明專利]一種超聲縱扭振動磨削裝置

在審

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• 申請日: 2015-12-07
• 公開（公告）號: CN105522446A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 陳濤;方亮;鄧炎;劉樹良;劉士華
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B41/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發(fā)明涉及磨削加工設備技術領域，具體涉及一種超聲縱扭振動磨削裝置。

背景技術

碳纖維等復合材料具有高強度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良性能，已被廣泛應用于機械、電子、航空、汽車等領域。然而正是這些特性增加了碳纖維等復合材料的加工難度，傳統(tǒng)的加工方法加工效率低、成本高，限制了碳纖維等復合材料的進一步應用。隨著科學技術的發(fā)展，特種加工應運而生，并且迅速發(fā)展。其中，作為特種加工的一種，旋轉(zhuǎn)超聲振動加工效率高、效果好，在碳纖維等復合材料加工領域廣泛應用。

旋轉(zhuǎn)超聲振動磨削加工軸向沖擊力過大，影響碳纖維等復合材料的加工效果；而超聲縱扭振動加工不受此限制，不僅可以大幅提高加工效率，降低切削力，提高加工表面質(zhì)量和刀具壽命，還能夠提高刀具系統(tǒng)的軸向、扭轉(zhuǎn)以及彎曲剛度，在加工復合材料方面有更加優(yōu)良的工藝效果。對縱扭共振超聲加工裝置的研究，能大大提高超聲波磨削加工技術的工業(yè)實用性。

同軸度是超聲縱扭振動加工裝置必須要保證的參數(shù)；較低的同軸度會使刀具在加工時產(chǎn)生擺動，嚴重影響加工精度，降低加工裝置壽命?，F(xiàn)有的超聲縱扭振動加工裝置的刀軸和變幅桿大多采用分體設計，通過法蘭盤連接，加工和裝配時均會產(chǎn)生同軸度誤差，很難保證加工裝置的同軸度，嚴重時會影響材料加工的質(zhì)量。因此，有必要對現(xiàn)有技術進行改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種同軸度高、加工精度高的超聲縱扭振動磨削裝置。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種超聲縱扭振動磨削裝置，包括外殼和刀軸，所述刀軸包括依次自上而下的第一軸段、第二軸段、第三軸段和第四軸段，所述第一軸段與機床主軸相配合；所述第二軸段上配置有滾動軸承，滾動軸承安設在軸承套內(nèi)；所述第三軸段配置有超聲換能裝置，超聲換能裝置安設在外殼內(nèi)；所述第四軸段上端與超聲換能裝置緊貼，第四軸段下端固定連接有刀具；其中，所述軸承套的下端與外殼的上端相連；所述第四軸段下端伸出外殼。

按上述方案，所述第三軸段包括上段和下段，下段的軸徑小于上段的軸徑；所述超聲換能裝置包括供電盒、銅環(huán)裝置、緊固套、后蓋板和與銅環(huán)裝置電連接的壓電陶瓷晶片，壓電陶瓷晶片的內(nèi)壁面與下段的外周面絕緣緊貼，壓電陶瓷晶片的下端與第四軸段的上端緊貼，壓電陶瓷晶片的上端與后蓋板緊貼，后蓋板的內(nèi)壁面與下段的外周面緊貼；壓電陶瓷晶片和后蓋板均套設在緊固套的內(nèi)部，緊固套的上部與上段連接；所述銅環(huán)裝置與第三軸段的上段絕緣配合；所述銅環(huán)裝置的外壁與碳刷貼緊，碳刷與供電盒連接，供電盒安設在外殼上。

按上述方案，所述銅環(huán)裝置包括與第三軸段上段配合的絕緣基體，絕緣基體的外周面套設有銅環(huán)，銅環(huán)的外壁與碳刷貼緊；所述銅環(huán)通過導線與壓電陶瓷晶片電連接。

按上述方案，在上段與下段相連的端面上開設有楔形槽；在緊固套的上部沿徑向向內(nèi)伸出有楔形凸臺，楔形凸臺與楔形槽相配合；楔形凸臺的下表面與后蓋板的上表面壓緊。

按上述方案，所述第四軸段包括前段和后段，所述前段通過ER緊固裝置與刀具的刀柄連接；所述后段為倒梯形錐體，后段軸徑大于第三軸段的下段軸徑。

按上述方案，所述第四軸段的下端外周面開有斜槽。

按上述方案，所述第一軸段為梯形錐體。

按上述方案，所述緊固套包括兩個半筒形組件，兩個半筒形組件的兩側(cè)端分別通過螺栓連接；所述楔形凸臺分別設置在半筒形組件的上部。

按上述方案，所述第四軸段下端開設有梯形錐孔；所述ER緊固裝置包括ER緊固帽和ER夾頭，ER夾頭安設在梯形錐孔內(nèi)，ER緊固帽與開設在第四軸段下端外周面的螺紋相配合，將刀柄緊固在ER夾頭內(nèi)。

按上述方案，所述壓電陶瓷晶片均由兩個半環(huán)形晶片拼接而成；所述后蓋板由兩個半環(huán)形蓋板拼接而成。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、采用整體式設計，將傳統(tǒng)超聲加工裝置中的變幅桿設計為刀軸的一部分，不存在分體式變幅桿和刀軸在裝配時產(chǎn)生的同軸度問題；同時也消除了超聲換能裝置在與變幅桿裝配時產(chǎn)生的同軸度誤差，避免了刀具磨削時由于同軸度誤差而產(chǎn)生擺動，保證了加工精度，提高了材料表面加工質(zhì)量；

2、刀軸的第四軸段其呈倒梯形錐體的后段替代了傳統(tǒng)加工裝置中的變幅桿，后段的上端面與壓電陶瓷晶片緊貼，省去了超聲換能裝置的前蓋板，加工裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊；

3、第四軸段前段下端的斜槽對壓電陶瓷晶片產(chǎn)生的縱波進行分解，激勵出扭轉(zhuǎn)振動，并與壓電陶瓷晶片產(chǎn)生的縱向振動復合成縱扭振動，實現(xiàn)裝置的縱扭振動加工；