单激励超声椭圆振动辅助磨削装置及其运行工艺.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010036266.7 (22)申请日 2020.01.14 (71)申请人 南京航空航天大学 地址 210009 江苏省南京市御道街29号 (72)发明人 丁文锋吴帮福曹洋徐九华 傅玉灿苏宏华陈燕赵正彩 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 曹翠珍 (51)Int.Cl. B24B 1/04(2006.01) B24B 41/02(2006.01) B24B 41/06(2012.01) B24B 41/00(2006.01) (54)。

2、发明名称 一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置及 其运行工艺 (57)摘要 本发明涉及一种单激励超声椭圆振动辅助 磨削装置及其运行工艺， 该装置主要包括隔振底 座、 前支架、 后支架、 防水罩、 压电陶瓷换能器、 纵 振变幅杆和纵-弯复合变幅杆， 其中纵振变幅杆 和纵-弯复合变幅杆通过双头螺柱成一定角度连 接。 压电陶瓷换能器在外界激励电压作用下产生 纵向超声振动， 并将纵向超声振动通过纵振变幅 杆放大， 经过放大的超声振动传递至纵-弯复合 变幅杆， 使得纵-弯复合变幅杆在其末端产生纵 向振动和弯曲振动， 从而形成椭圆运动轨迹。 本 发明通过单激励实现超声椭圆振动， 结构简单， 便于控制， 可实。

3、现超声椭圆振动磨削加工， 不仅 能增大磨削材料去除率， 还可以提高磨削质量。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 111168484 A 2020.05.19 CN 111168484 A 1.一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置， 其特征在于： 包括隔振底座、 前支架、 后支 架、 防水罩、 压电陶瓷换能器、 纵振变幅杆和纵-弯复合变幅杆； 压电换能器通过双头螺柱与 纵振变幅杆末端连接， 纵振变幅杆通过法兰固定在后支架的斜面上， 防水罩套在压电换能 器和纵振变幅杆的外面， 并固定在后支架的斜面上， 纵振变幅杆的前端与纵-弯复合变幅杆 的末端斜面结构通过双头螺柱固定连接， 纵-弯复合变幅。

4、杆通过法兰固定在前支架上， 前支 架和后支架分别固定在隔振底座上。 2.根据权利要求1所述的一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置， 其特征在于： 纵-弯 复合变幅杆主要包括前端工作台、 法兰和末端， 前端工作台的截面为矩形结构， 法兰位于振 动节点处， 沿圆周方向均布小孔， 末端的截面为圆形或矩形， 在末端设置有斜面结构， 斜面 与纵-弯复合变幅杆的轴线方向成夹角 ， 夹角 大于0度， 小于90度， 斜面结构上开设有垂直 于斜面的螺纹孔。 3.根据权利要求1所述的一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置， 其特征在于： 纵振变 幅杆是单一的变幅杆结构， 或者是多段复合的变幅杆结构， 法兰位于振动节点处。

5、， 圆周方向 均布螺纹孔， 法兰靠近前端的面上开设有矩形截面沟槽。 4.根据权利要求1所述的一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置， 其特征在于： 防水罩 的底部圆周方向均布螺纹孔， 与后支架连接的面上开设有矩形截面槽， 顶部开设有圆形孔， 孔周围均布4个螺纹孔。 5.根据权利要求1所述的一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置， 其特征在于： 后支架 主要包括底部支撑结构和斜面支撑结构， 底部支撑结构和斜面支撑结构具有锐夹角 ， 且 + =90 ； 斜面支撑结构中间位置有中心孔， 在中心孔的径向方向根据半径的不同， 依次开设 矩形截面沟槽、 均布螺纹孔、 矩形截面沟槽和均布螺纹孔。 6.权利要求1所述。

6、的单激励超声椭圆振动辅助磨削装置的运行工艺， 其特征在于， 在磨 削试验中， 工件固定在纵-弯复合变幅杆的前端工作台上， 开启超声波电源， 压电陶瓷换能 器在外界激励电压作用下产生纵向超声振动， 并将纵向超声振动通过纵振变幅杆放大， 纵 振变幅杆的前端与纵-弯复合变幅杆9的末端固定连接， 末端的斜面结构把超声纵向振动转 换为纵向振动和弯曲振动， 纵-弯复合变幅杆的前端工作台产生纵向振动和弯曲振动， 使得 工件沿着椭圆轨迹进行振动， 在砂轮的运动下实现超声椭圆振动磨削。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111168484 A 2 一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置及其运行工艺 技术领域 000。

7、1 本发明属于磨削加工技术领域， 尤其涉及一种超声椭圆振动磨削装置。 技术背景 0002 磨削加工因具有加工精度高、 加工质量好以及工艺范围广等优点， 被广泛应用于 航空航天、 军工及通信等领域精密零部件的加工。 但是磨削过程中较大的磨削力和磨削热， 会引起工件表面、 亚表面损伤， 降低砂轮使用寿命， 严重制约磨削加工技术的发展。 0003 超声振动辅助磨削加工是在传统磨削加工的基础上， 通过对砂轮或工件施加一维 或多维超声振动来改善加工质量的一种复合加工技术。 施加超声振动后， 砂轮和工件断续 接触， 材料的去除机理发生了变化， 使得磨粒和工件的摩擦力降低， 平均作用时间缩短， 从 而对降低。

8、磨削力、 减少磨削热、 减轻砂轮磨损、 提高工件的加工精度和加工质量有很大的帮 助。 0004 发明专利 （公开号： CN206286938U） 公开了一种对工具施加超声振动的磨削装置， 该装置通过将砂轮固定在超声波刀柄末端从而实现磨削加工， 当砂轮直径较大时， 该装置 的应用将受到限制。 发明专利 （公开号： CN106181596A） 公开了一种多角度二维超声振动磨 削装置， 该装置通过调节两个超声波振子的角度产生不同的合振方向,以此来改变磨粒与 工件的相对运动轨迹， 但是两个超声波振子的控制多有不便。 发明内容 0005 本发明为了解决现有技术中的不足之处,提供了一种结构简单， 便于控制。

9、的单激 励超声椭圆振动辅助磨削装置。 0006 为了实现上述发明目的， 本发明采用的技术方案是： 一种单激励超声椭圆振动辅助磨削装置， 包括隔振底座、 前支架、 后支架、 防水罩、 压电 陶瓷换能器、 纵振变幅杆和纵-弯复合变幅杆； 压电换能器通过双头螺柱与纵振变幅杆末端 连接， 纵振变幅杆通过法兰固定在后支架的斜面上， 防水罩套在压电换能器和纵振变幅杆 的外面， 并固定在后支架的斜面上， 纵振变幅杆的前端与纵-弯复合变幅杆的末端斜面结构 通过双头螺柱固定连接， 纵-弯复合变幅杆通过法兰固定在前支架上， 前支架和后支架分别 固定在隔振底座上。 0007 所述纵-弯复合变幅杆主要包括前端工作台、。

10、 法兰和末端， 前端工作台的截面为矩 形结构， 法兰位于振动节点处， 沿圆周方向均布小孔， 末端的截面为圆形或矩形， 在末端设 置有斜面结构， 斜面与纵-弯复合变幅杆的轴线方向成一定夹角 ， 夹角大于0度， 小于90度， 斜面结构上开设有垂直于斜面的螺纹孔。 0008 所述纵振变幅杆可以是单一的变幅杆结构， 也可以是多段复合的变幅杆结构， 法 兰位于振动节点处， 圆周方向均布螺纹孔， 法兰靠近前端的面上开设有矩形截面槽。 0009 所述防水罩的底部圆周方向均布螺纹孔， 与后支架连接的面上开设有矩形截面沟 槽， 顶部开设有圆形孔， 孔周围均布4个螺纹孔。 说明书 1/3 页 3 CN 11116。

11、8484 A 3 0010 所述后支架主要包括底部支撑结构和斜面支撑结构， 底部支撑结构和斜面支撑结 构具有锐夹角 ， 且 + =90 。 斜面支撑结构中间位置有中心孔， 在中心孔的径向方向根据半 径的不同， 依次开设矩形截面沟槽、 均布螺纹孔、 矩形截面沟槽和均布螺纹孔。 0011 在磨削试验中， 工件固定在纵-弯复合变幅杆的前端工作台上， 开启超声波电源， 压电陶瓷换能器在外界激励电压作用下产生纵向超声振动， 并将纵向超声振动通过纵振变 幅杆放大， 纵振变幅杆的前端与纵-弯复合变幅杆9的末端固定连接， 末端的斜面结构把超 声纵向振动转换为纵向振动和弯曲振动， 纵-弯复合变幅杆9的前端工作台。

12、产生纵向振动和 弯曲振动， 使得工件沿着一定的椭圆轨迹进行振动， 在砂轮11的运动下实现超声椭圆振动 磨削。 0012 （1） 本发明通过纵-弯复合变幅杆上的斜面结构把纵振变幅杆的超声纵向振动转 换为纵向振动和弯曲振动， 从而使工作台的末端产生椭圆运动轨迹， 简化了单激励超声椭 圆振动磨削装置的整体结构， 降低了振动系统的复杂程度， 便于加工制造； （2） 该振动磨削装置仅需要一个超声电源进行激励,控制难度小,避免了多激励的相互 匹配问题， 提高了系统工作可靠性； （3） 该装置不仅能增大磨削材料去除率， 还可以提高磨削质量,应用前景广阔。 附图说明 0013 图1是本发明的整体结构示意图； 。

13、图2是图1中纵-弯复合变幅杆9的结构示意图； 图3是图1中纵振变幅杆7的结构示意图； 图4是图1中防水罩4的结构示意图； 图5是图1中后支架2的结构示意图； 图6是工件沿着椭圆轨迹进行振动的轨迹示意图。 具体实施方式 0014 图1是本发明单激励超声椭圆振动磨削装置的整体结构示意图， 如图1所示， 本发 明的单激励超声椭圆振动磨削装置， 包括隔振底座1、 前支架10、 后支架2、 防水罩4、 压电陶 瓷换能器5、 纵振变幅杆7和纵-弯复合变幅杆9； 其中， 前支架10和后支架2通过螺栓3分别 固定在隔振底座1上。 纵振变幅杆7固定在后支架2上， 纵振变幅杆7的前端与纵-弯复合变幅 杆9的末端1。

14、3固定连接， 纵-弯复合变幅杆9通过法兰14固定在前支架10位置上。 压电换能器 5的正负电极片外接超声波电源， 通过双头螺柱6将压电换能器5与纵振变幅杆7末端连接。 0015 图2是图1中纵-弯复合变幅杆9的结构示意图， 纵-弯复合变幅杆9包括用于放置工 件的前端工作台15、 法兰14和末端13， 前端工作台15的截面为矩形结构， 法兰14位于振动节 点处， 沿圆周方向均布4个小孔， 末端13的截面为圆形或矩形， 在末端13设置有斜面结构12， 斜面结构12与纵-弯复合变幅杆9的轴线方向成夹角 ， 夹角 大于0度， 小于90度， 斜面结构 12上开设有垂直于斜面的螺纹孔。 0016 图3是纵。

15、振变幅杆7的结构示意图； 纵振变幅杆7可以是单一的变幅杆结构， 也可以 是多段复合的变幅杆结构， 法兰14位于振动节点处， 圆周方向均布4个螺纹孔， 法兰14靠近 前端的面上开设有矩形截面槽16。 说明书 2/3 页 4 CN 111168484 A 4 0017 图5是图1中后支架2的结构示意图， 所述后支架2主要包括底部支撑结构18和斜面 支撑结构19， 底部支撑结构18和斜面支撑结构19具有锐夹角 ， 该夹角与的斜面结构12与 纵-弯复合变幅杆9轴线的夹角互余 （ + =90 ） 。 斜面支撑结构19中间位置有中心孔， 在中心 孔的径向方向根据半径的不同， 依次开设矩形截面沟槽20、 均。

16、布4个螺纹孔21、 矩形截面沟 槽22和均布4个螺纹孔23。 纵振变幅杆7的法兰14通过螺纹连接固定在后支架2斜面19上， 法 兰14上的矩形截面槽16和斜面19上的矩形截面槽20配合形成封闭矩形截面槽， 用来放置O 型密封圈8。 0018 图4是图1中防水罩4的结构示意图； 防水罩4的底部圆周方向均布4个螺纹孔， 与后 支架2连接的面上开设有矩形截面沟槽17， 顶部开设有圆形孔， 孔周围均布4个螺纹孔。 防水 罩4套在压电换能器5和纵振变幅杆7的外面， 并通过螺栓3固定在后支架2的斜面19上， 防水 罩4底部的矩形截面槽17和后支架2的斜面19上的矩形截面槽22配合形成封闭矩形截面槽， 用来。

17、放置O型密封圈8； 纵振变幅杆7的前端与纵-弯复合变幅杆9的末端13斜面结构12通过 双头螺柱6固定连接， 纵-弯复合变幅杆9通过法兰14的螺纹孔固定在前支架10相对应位置 上， 前支架10和后支架2通过螺栓3分别固定在隔振底座1上。 0019 在磨削试验中， 工件固定在纵-弯复合变幅杆9的前端工作台15上， 开启超声波电 源， 压电陶瓷换能器在外界激励电压作用下产生纵向超声振动， 并将纵向超声振动通过纵 振变幅杆放大， 纵振变幅杆7的前端与纵-弯复合变幅杆9的末端13固定连接， 末端13的斜面 结构把超声纵向振动转换为纵向振动和弯曲振动， 纵-弯复合变幅杆9的前端工作台15会纵 向振动和弯曲振动， 使得工件沿着一定的椭圆轨迹进行振动 （图6） ， 在砂轮11的运动下实现 超声椭圆振动磨削。 0020 本实施例并非对本发明的形状、 材料、 结构等作任何形式上的限制,凡是依据本发 明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化与修饰,均属于本发明技术方 案的保护范围。 说明书 3/3 页 5 CN 111168484 A 5 图1 图2 说明书附图 1/3 页 6 CN 111168484 A 6 图3 图4 图5 说明书附图 2/3 页 7 CN 111168484 A 7 图6 说明书附图 3/3 页 8 CN 111168484 A 8 。