[實用新型]單激勵使砂輪產生徑?扭復合振動的超聲磨削系統

有效

• 申請號: 201721184192.1
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN207255837U
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 趙波;趙重陽;殷森;張存鷹
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B55/00;B24B49/16
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙)41121
• 代理人: 郭增欣

技術領域：

本實用新型涉及一種超聲振動加工機械領域，特別是涉及一種單激勵使砂輪產生徑-扭復合振動的超聲磨削系統。

背景技術：

隨著硬脆材料，特別是納米復相陶瓷和金屬基復合材料加工需求日益增多，功率超聲加工技術得到廣泛的應用。傳統的超聲加工較多采用單一振動形式，隨著超聲振動理論與實踐的不斷改進和完善，縱-扭、縱-彎等復合振動形式得到發展。研究表明，在徑-扭復合振動形式下，硬脆材料的被加工表面、磨削穩定性及砂輪使用壽命得到大幅度改善，應不同應用空間的要求，不僅需對工件或刀具施加不同方向的超聲振動，且在保證較大的輸出振幅的情況下，結構尺寸也應滿足空間位置的要求。針對該情況，本文實用新型了一種單激勵徑-扭復合振動的超聲加工系統。

實用新型內容：

本實用新型所要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種設計合理、減小占用空間、徑-扭復合振動效果好且容易實施的單激勵使砂輪產生徑-扭復合振動的超聲磨削系統。

本實用新型的技術方案是：

一種單激勵使砂輪產生徑-扭復合振動的超聲磨削方法即系統，其技術方案是：利用連接螺栓將反射端、壓電陶瓷片、銅電極及變幅器串接固定在一起，在變幅器上開螺旋槽，將單激勵的縱向振動轉換為縱-扭復合振動，通過改變螺旋槽的結構參數，來改變縱-扭幅值比，在變幅器的外端設置曲線板和砂輪，利用曲線板與平行砂輪的組合結構，將縱-扭復合振動轉換為徑-扭復合振動，結合有限元模態分析，優化調整曲線形狀及砂輪直徑，尋求最佳的徑-扭分量比，使平行砂輪輸出徑向振動和扭轉振動以及對徑向振幅和扭轉振幅的放大。

所述曲線板為左曲線板和右曲線板，所述左曲線板和右曲線板的內端面分別與砂輪的左端面和右端面貼合接觸，所述左曲線板和右曲線板的外端面均分別為曲面。

針對應用空間和振動頻率的需求，根據超聲系統內部滿足“二分之一波長”疊加規律，對壓電陶瓷片、銅電極及反射端進行兩段式換能器“夾心式”設計，其幾何尺寸滿足“四分之一波長”設計要求，相鄰兩壓電陶瓷片的縱向極化方向相反，壓電陶瓷片凈化后通過粘合劑進行粘合；將階梯型變幅桿與錐形變幅桿進行優勢互補，形成圓錐過渡階梯型變幅器，所述螺旋槽的結構參數包括螺旋槽的線數、寬度b、深度h及螺旋角a；所述反射端使用重金屬制成，所述變幅器使用輕金屬和中碳鋼制成。

在變幅器的法蘭盤的兩個端面上以變幅器的軸線為中心線分別開設減震溝和減震孔，所述減震孔圓心對稱陣列均布；在所述變幅器的小端的兩端分別開設螺紋孔，以匹配相應的連接螺栓；對所述反射端進行沉頭設計，改用內六角螺栓連接。

幾何尺寸不僅局限為“二分之一波長”，根據實際生產需求，變幅器可采用“（n/2+1/4）波長”設計。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型利用曲線板與平行砂輪的組合結構，將縱-扭復合振動轉換為徑-扭復合振動，結合有限元模態分析，優化調整曲線形狀及砂輪直徑，尋求最佳的徑-扭分量比，在平行砂輪輸出徑向振動和扭轉振動輸出以及對徑向振幅和扭轉振幅的放大，對超聲振動加工的普及應用具有重要意義。

2、本實用新型單激勵產生的縱向振動在螺旋體與圓柱面接觸的根部分解為沿著螺旋線方向和垂直螺旋線方向的振動，當這兩種振動的振動頻率與螺旋體的局部彎曲振動頻率接近或相同時，螺旋體將產生縱向共振和彎曲共振，等效于螺旋體沿圓周面進行扭轉振動，但變幅器的結構阻尼會造成輸出端的縱向振動與扭轉振動產生相位差，從而實現工具頭的單激勵縱-扭復合超聲振動。

3、本實用新型放大系數指變幅桿在共振頻率下，輸出端與輸入端質點位移或速度之比，為了保證較大放大系數同時，避免截面突變處產生過大應力，將階梯型變幅桿與錐形變幅桿優勢互補，形成圓錐過渡階梯型變幅器，其幾何尺寸滿足“四分之一波長”設計要求。

4、本實用新型根據超聲系統內部滿足“二分之一波長”疊加規律，對壓電陶瓷片、銅電極及反射端進行兩段式換能器“夾心式”設計，其幾何尺寸滿足“四分之一波長”設計要求。相鄰兩壓電陶瓷片的縱向極化方向相反，壓電陶瓷片凈化后通過專用粘合劑進行粘合。

5、本實用新型反射端使用重金屬，例如銅合金、合金鋼等；變幅器使用輕金屬和中碳鋼(包括中碳合金鋼)，例如鈦合金、鋁合金45鋼等，能夠更好地實現能量傳遞。

6、本實用新型在法蘭盤的兩個端面上以變幅器的軸線為中心線分別開設減震溝和減震孔，減震孔圓心對稱陣列均布，有效地防止振動能量流的損耗。另外，在變幅器的小端的末端處開設錐孔和螺紋，以匹配相應的彈簧夾頭及壓帽，能夠靈活調整工具頭的伸出長度。