超声单激励椭圆振动磨削装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种超声单激励椭圆振动磨削装置，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。

Ultrasonic single excitation elliptical vibration grinding device

【技术实现步骤摘要】
超声单激励椭圆振动磨削装置
：本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装置。本技术的技术方案是：一种超声单激励椭圆振动磨削设计方法，包括以下步骤：一种超声单激励椭圆振动磨削装置，包括换能器、变幅杆和杯形磨削工具，所述换能器、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，实际装配时需精确计算螺栓所需的预紧力，根据实际加工要求在杯形磨削工具的末端涂覆磨粒，形成一个圆周磨料层；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。所述换能器通过预应力螺栓与变幅杆直接连接，形成一体式结构；或者，所述换能器增加前盖板与变幅杆相连；所述换能器是两片或四片，其谐振频率应与变幅器的设计频率相同，以使磨削系统出现良好的振动状态；所述杯形磨削工具通过螺帽与变幅杆末端螺柱配合，达到与变幅杆固连的效果，所述杯形磨削工具末端根据加工要求电镀不同大小、不同类型的磨粒，杯形磨削工具圆盘段也可作镂空处理，以减小变幅杆的负载，杯形磨削工具末端可开设对称分布的沟槽，提高磨削液流通的性能。本技术的有益效果是：1.本技术采用的设计方法可以避免按整个系统全谐振设计时带来的复杂性，简化谐振系统的设计，使砂轮盘的振动更加理想。2.本技术采用的设计方法下实现了杯形磨削工具的良好的超声振动，更重要的是形成了杯形磨削工具末端的椭圆型振动轨迹。3.本技术方法合理，实现了大型负载工具的超声辅助椭圆型振动磨削，结构紧凑、易于设计制造，易于推广实施，具有良好的经济效益。附图说明：图1是超声单激励椭圆振动磨削装置的结构图之一；图2是超声单激励椭圆振动磨削装置的结构图之二；图3是磨粒椭圆振动轨迹示意图；图4是图1中杯形磨削工具砂轮的示意图；图5是图2中碗型工具砂轮的示意图。具体实施方式：实施例：参见图1-图5，图中，1-预应力螺栓，2-换能器，3-锥形变幅杆，4-杯形磨削工具砂轮，5-螺帽，6-磨粒层，7-碗形工具砂轮。超声单激励椭圆振动磨削装置由预应力螺栓1、换能器2、变幅杆3、杯形磨削工具砂轮4和螺帽5组成。换能器2通过螺栓1与变幅杆3相连，实际装配时需精确计算螺栓所需的预紧力，以达到良好的装配效果。杯形磨削工具砂轮4通过螺帽5与变幅杆3固连。根据实际加工要求在杯形磨削工具砂轮4末端涂覆磨粒，形成一个圆周磨料层6。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。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。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。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装置，包括换能器、变幅杆和杯形磨削工具，其特征是：所述换能器、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，实际装配时需精确计算螺栓所需的预紧力，根据实际加工要求在杯形磨削工具的末端涂覆磨粒，形成一个圆周磨料层；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。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声单激励椭圆振动磨削装置，包括换能器、变幅杆和杯形磨削工具，其特征是：所述换能器、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，实际装配时需精确计算螺栓所需的预紧力，根据实际加工要求在杯形磨削工具的末端涂覆磨粒，形成一个圆周磨料层；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：常宝琪，赵波，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：新型
国别省市：河南;41