超声单激励椭圆振动磨削设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声单激励椭圆振动磨削设计方法及装置，其换能器、变幅杆和杯形磨削工具通过预应力螺栓和螺帽连接在一起，换能器将超声波发生器提供的电信号转换为纵向传递的机械振动，通过变幅杆的传递作用，将纵向振动的声波传递至杯形磨削工具，杯形磨削工具分为圆盘段和圆管段，变幅杆纵振激励使得杯形磨削工具圆盘段作横向弯曲的节圆型振动，并耦合形成圆管段的纵向振动，实现“纵‑弯‑纵”三种不同振型的复合，通过圆盘段的弯曲振动和圆管段的纵向振动，在圆管段末端耦合表现出纵向和径向振动的复合振动，在纵径平面内，纵向及径向振动的耦合形成椭圆型振动轨迹，简化谐振系统的设计，使砂轮盘的振动更加理想。

Design Method and Device of Ultrasound Single Excitation Elliptic Vibration Grinding

【技术实现步骤摘要】
超声单激励椭圆振动磨削设计方法及装置
：本专利技术涉及一种超声磨削设备，特别是涉及一种超声单激励椭圆振动磨削设计方法及装置。
技术介绍
：超声磨削是在传统磨削加工方法的基础上对刀具或工件施以高频振动而形成的加工技术，是一种对复合材料、硬脆材料等难加工材料都有效的精加工工艺。超声椭圆振动磨削是在普通超声磨削磨粒单一直线往复运动的基础上，又增加了一个垂直方向的超声高频运动，以此耦合形成了磨粒的椭圆型周期运动轨迹。超声椭圆振动形式可以减小单颗磨粒的磨削力和磨削热，增加材料的去除率。传统超声振动系统的设计方法大多采用全谐振理论进行设计，所适用的范围为，工具质量、体积小，可以忽略对系统的影响。但在一些特殊场合，工件或刀具是变幅杆的直接负载，由于其材料、结构、尺寸等是由其使用要求决定的，不能按照系统谐振频率来设计，是非谐振单元。因此需要一种更好适应性的设计方法，满足大负载类工具的超声谐振及设计。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构紧凑、简化谐振系统且形成椭圆振动轨迹的超声单激励椭圆振动磨削设计方法及装置。本专利技术的技术方案是：一种超声单激励椭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声单激励椭圆振动磨削设计方法，包括以下步骤：a、确定椭圆振动磨削系统的振动模式及振动轨迹：椭圆振动磨削系统由换能器、变幅杆和杯形磨削工具组成，其中变幅器由变幅杆与杯形磨削工具构成，换能器将超声波发生器提供的电信号转换为纵向传递的机械振动，通过变幅杆的传递作用，将纵向振动的声波传递至杯形磨削工具，杯形磨削工具分为圆盘段和圆管段，变幅杆纵振激励使得杯形磨削工具圆盘段作横向弯曲的节圆型振动，并耦合形成圆管段的纵向振动，实现“纵‑弯‑纵”三种不同振型的复合，通过圆盘段的弯曲振动和圆管段的纵向振动，在圆管段末端耦合表现出纵向和径向振动的复合振动，在纵径平面内，纵向及径向振动的耦合形成椭圆型振动...

【技术特征摘要】
1.一种超声单激励椭圆振动磨削设计方法，包括以下步骤：a、确定椭圆振动磨削系统的振动模式及振动轨迹：椭圆振动磨削系统由换能器、变幅杆和杯形磨削工具组成，其中变幅器由变幅杆与杯形磨削工具构成，换能器将超声波发生器提供的电信号转换为纵向传递的机械振动，通过变幅杆的传递作用，将纵向振动的声波传递至杯形磨削工具，杯形磨削工具分为圆盘段和圆管段，变幅杆纵振激励使得杯形磨削工具圆盘段作横向弯曲的节圆型振动，并耦合形成圆管段的纵向振动，实现“纵-弯-纵”三种不同振型的复合，通过圆盘段的弯曲振动和圆管段的纵向振动，在圆管段末端耦合表现出纵向和径向振动的复合振动，在纵径平面内，纵向及径向振动的耦合形成椭圆型振动轨迹，即参与磨削加工的磨粒是以椭圆型轨迹周期运动的；b、建立变幅器中各段的动力学方程：建立变幅杆、圆盘段和圆管段的动力学方程，再根据边界条件将三者联立耦合，得到变幅器的整体频率方程，其中纵振变幅杆是直杆型、圆锥型和复合型，是四分之一波长或是其整数倍，根据圆盘段厚度与直径比值的大小，确定是按照薄板振动计算，还是中厚板振动计算，变幅杆和圆管段可根据声波的纵振传播理论确定两者的位移和应力函数，圆盘段根据板的振动理论获得位移函数和应力函数；c、确定工件连接处的边界条件：若变幅杆是四分之一波长，则变幅杆左端满足位移函数为零，圆管形段右端为自由状态，满足应力函数为零，变幅杆、圆盘段和圆管段连接处振动耦合，满足位移相等和力相等；若圆盘段属于中厚板，则需考虑圆板的径向转角、剪力和弯矩的边界状态；d、建立变幅器的整体频率方程：通过确定的边界条件，将各段的位移函数和应力函数进行联立、整合，求得变幅器的整体频率方程；e、确定椭圆振动磨削系统参数：需要根据使用要求确定椭圆振动磨削系统的参数包括：变幅杆和杯形磨削工具材料的密度、泊松比、弹性模量、剪切模量和声速，变幅杆两端的直径，杯形磨削工具的内径、外径、高度和底厚，根据实际要求确定设计频率，以及换能器的谐振频率；f、计算变幅杆的长度并进行优化设计：根据实际使用要求，将已确定的杯形磨削工具磨削系统参数带入到变幅器的整体频率方程中，求得可以使杯形磨削工具实现谐振的变幅杆长度，若求得变幅杆与杯形磨削工具组成的变幅器与设计频率相差太多，在使用要求以及超声波发生器频率调节范围内改变设计频率，以得到更好的设计效果。2.根据权利要求1所述的超声单激励椭圆振动磨削设计方法，其特征在于：杯形磨削工具以不同于振动系统的谐振频率而独自谐振，避免了传统设计方法下工件全谐振与同一频率的难度，杯形磨削工具为杯形或碗形，是具有圆盘段的弯曲振动和圆管段的纵向振动的磨削工具。3.根据权利要求1所述的超声单激励椭圆振动磨削设计方法，其特征在于：单一纵振型换能器产生一定频率的机械振动，经过变幅杆的传递与放大，再形成圆盘段的弯曲振动与圆管段的纵向振动，耦合表现出杯形磨削工具末端特有的椭圆型振动轨迹，此种振动形式不同于多个方向激振形成椭圆振动，而是通过振动模态的耦合形成磨粒的椭圆型运动。4.根据权利要求1所述的超声单激励椭圆振动磨削设计方法，其特征在于：椭圆型运动轨迹是由纵向及径向振动耦合而得，通过改变杯形磨削工具的直径及高度可改变纵向和径向的振幅比，从而获得不同形状的椭圆运动轨迹，超声椭圆振动形式可改变单颗磨粒普通磨削状态下的单纯直线运动,增加了磨削轨迹的干涉程度以及磨粒与工件的分离时间，增加砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，常宝琪，王晓博，赵重阳，焦锋，高国富，向道辉，原路生，王毅，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41