一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置及其运行工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置及其运行工艺，该装置的压电陶瓷片在超声波发生器的电信号激励下产生高频纵向振动位移，通过空心型圆锥变幅杆将振动位移放大，并将振动位移传递至由中心固定螺栓进行紧固的待加工齿轮上，在空心型圆锥变幅杆内部设置有环形隔振槽、周向设有法兰，法兰设有隔振槽，这些结构在保证中心固定螺栓安装位置超声振动效应减弱的同时增强了齿轮与变幅杆接触面的振动传递效果，使齿轮加工表面产生高频超声振动。本装置结构简单，易于实现高强度、高精密齿轮超声高频微幅振动加工效果，从而达到高强度齿轮超声振动辅助成型精密磨削。强度齿轮超声振动辅助成型精密磨削。强度齿轮超声振动辅助成型精密磨削。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置及其运行工艺

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[0001]本专利技术属于精密超精密加工和特种加工
，特别是涉及齿轮超声振动辅助加工装置。

技术介绍
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[0002]超高强度齿轮钢材料属于典型的高强韧难加工材料，现阶段齿轮磨削加工，由于刀具与工艺匹配性差，导致刀具寿命短、加工效率低、加工质量差，无法满足超高强度齿轮加工技术需求，同时齿轮成型零件在制造技术中占有较大的比例，寻求更加高效的加工方式是解决高强度齿轮高质高效加工的有效途径之一。
[0003]目前，超声振动辅助加工在特种加工领域运用广泛，在传统机械加工的基础上施加高频超声振动，可有效改善切削环境，降低切削力和切削温度，特别是在磨削加工过程中，实现了砂轮与工件间断续磨削，改变了磨削过程中材料去除机理，有效降低了磨削热和磨削力。
[0004]中南大学提交的申请号为CN202110065173.1的专利申请文件，公开了一种超声冷摆碾齿高效加工圆柱齿轮的方法和装置，包括如下步骤：S1、通过多组不同进给量的测试，获得不同进给量的情况下的实际工件的预紧位移；S2、设定工件实际预紧位移的线性关系式为：s＝aF1+b；S3、将步骤S1中的多组数据代入步骤S2的线性关系式中，获得线性关系式中的参数a和b；S4、获得最大额定进给量f
zmax
，并以最大额定进给量f
zmax
进行加工。该专利技术通过多组测试获得工件的变形关系式，再将最大额定载荷作为预紧力，获得相应的工件变形和超声振动装置的变形，由此获得最大额定进给量，既能保证加工高效，且进给量精度可控，提高加工精度。
[0005]湖南科技大学提交的申请号为CN202110472213.4的专利申请文件，公开了弹丸式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与弹丸冲击机构，超声振动装置由超声波发生器、换能器、变幅杆和振动头组成，振动头工作端的截面形状为梯形，振动方式为径向振动，弹丸冲击机构由壳体、上盖板、内挡板、外挡板和弹丸组成，壳体内部设置有与振动头形状相同的型腔，壳体与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线，壳体两侧设置有蜂窝状的正六边形弹道，弹道靠近振动头的一端设置有内挡板槽，靠近被加工齿轮的一端设置有外挡板槽，每个弹道内装有一颗弹丸，该专利技术利用振动头产生的径向振动，驱动弹丸在弹道内运动，冲击齿轮表面，实现超声喷丸，有效解决了超声工具头与被加工齿轮齿面距离较远，难以达到理想加工效果的问题。
[0006]中南大学提交的申请号为CN202110013310.7公开了一种超声辅助冷摆碾压成型圆锥齿轮的装置，包括：底座，底座具有开口朝上的容纳腔；下模具，用于装夹工件；超声振动变幅杆，安装于容纳腔内，包括沿一竖直轴线依次同轴设置的定位段、第一振动安装段和振动变换输出段，定位段与底座相连且周向定位，第一振动安装段安装有第一压电致动器，振动变换输出段上安装有第二压电致动器，且第一压电致动器与第二压电致动器产生的超声振动进行叠加；振动变换输出段与工件接触，用于将超声振动传递给工件。该专利技术容纳腔
用于容纳超声振动变幅杆，再利用超声振动变幅杆上的第一压电致动器和第二压电致动器产生的超声振动并进行叠加后，产生振动能量更大的超声振动，满足加工需求。
[0007]但是，上述的超声振动辅助装置只能实现轻型刀具振动、结构简单的小型零件振动设备，而针对带有阶梯型齿轮加工的超声振动装置依然是难以解决的问题，阶梯型齿轮加工存在形状复杂、超声振动施加困难等问题。

技术实现思路
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[0008]为了解决现有技术不足之处，本专利技术基于超声振动技术高质高效切削加工超高强度齿轮，开发了一种结构简单、便于操作、易于实现且具有良好齿轮磨削效果的一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置及其运行工艺。
[0009]为了实现上述专利技术，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种适用于传动齿轮超声振动辅助磨削的超声振动装置，包括待加工齿轮、定位盖板、中心固定螺栓、空心型圆锥变幅杆、压电陶瓷换能器、防水型底座；所述待加工齿轮通过中心固定螺栓以及定位盖板与空心型圆锥变幅杆连接并通过定位销钉实现周向定位，所述压电陶瓷换能器通过双头螺柱与空心型圆锥变幅杆的大端连接，所述空心型圆锥变幅杆通过螺钉将其法兰固定在防水型底座上，所述防水型底座通过螺钉安装于机床主轴。
[0011]所述待加工齿轮呈阶梯状，将定位盖板通过四个定位销钉与待加工齿轮进行定位，同时利用销钉将齿轮与所述空心型圆锥变幅杆进行定位；所述中心固定螺栓穿过定位盖板及齿轮中轴线，通过螺纹连接在所述变幅杆中心，通过对所述螺栓施加预紧力，将所述待加工齿轮固定在变幅杆上，使变幅杆前端圆环面与待加工齿轮下齿面紧密结合，实现超声振动的传递。
[0012]所述超声变幅杆为空心型圆锥变幅杆，其设计要求满足以下条件：
[0013][0014][0015][0016][0017]其中，S1为变幅杆大端面面积，S2为小端面面积，S0为圆柱形空心部分内圆面积，f为振动频率，C
L
为纵波波速，N为面积系数，l为谐振长度，l
P
为变幅杆长度，x0为位移节点，法
兰设于振动节点处。
[0018]所述空心型圆锥变幅杆中心位置设有隔振圆槽，圆槽呈60
°
倒锥形，可有效减小或阻隔超声振动传递到中心固定螺栓，同时具有增强空心型变幅杆周向振动的作用。
[0019]所述换能器组件包括连接螺栓、4个压电陶瓷片、4个电极片和后盖板，所述连接螺栓利用绝缘热缩管包裹，起到漏电保护作用，所述后盖板、4个所述压电陶瓷片和4个所述电极片按照一定规律交替安装在所述连接螺栓上，并利用绝缘管套将所述换能器包裹，所述空心型圆锥变幅杆末端开设有螺纹孔，通过施加一定的预紧力将所述连接螺栓的前端部螺纹连接在所述螺纹孔内；两个所述正极电极片通过导线相连，两个所述负极电极片通过导线相连，两根导线分别连接超声波发生器的正负极。
[0020]所述底座前端内部设有凸台，起到承载作用，其上开有三个螺纹孔，通过紧定螺钉与所述变幅杆的法兰连接，螺纹孔外侧设有密封槽，用于安装弹性密封圈；所述底座内部开孔，配合所述换能器安装，并起保护换能器作用，所属底座后端设有3个通孔，用于与机床主轴安装。
[0021]在磨削过程中，代加工齿轮通过定位盖板以及中心固定螺栓装夹在空心型圆锥变幅杆上，开启超声波发生器，连接于变幅杆末端的压电陶瓷换能器将超声波发生器输送的高频电信号转换为高频纵向振动，经过空心型圆锥变幅杆将振动位移放大并经变幅杆前端圆环面传递至代加工齿轮，从而实现齿轮的超声振动辅助磨削。
[0022]本专利技术的有益效果是：红色字体所涉及的磨削效果结合实施例说明
[0023]1、该齿轮超声振动辅助磨削装置便于安装、操作简单、拆卸方便，相较于普通齿轮磨削加工，其加工精度得到提高，表面质量也得到改善。
[0024]2、本专利技术利用空心型变幅杆结构优势与复杂形状齿轮相契合，通过变幅杆中心开孔，将齿轮的连接轴内置于变幅杆中，通过定位盖板、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置，其特征在于：包括待加工齿轮、定位盖板、中心固定螺栓、空心型圆锥变幅杆、压电陶瓷换能器、防水型底座；所述空心型圆锥变幅杆的小端内设空腔，待加工齿轮连接轴(18)伸入该空腔内后固定，所述压电陶瓷换能器的一端通过双头螺柱与空心型圆锥变幅杆的大端连接，压电陶瓷换能器的另一端置于防水型底座内并外包绝缘套，所述空心型圆锥变幅杆通过螺钉将其法兰固定在防水型底座上，所述防水型底座通过螺钉安装于机床主轴。2.根据权利要求1所述的一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置，其特征在于：空心型圆锥变幅杆的法兰设于其振动节点处，且开有隔振槽(26)。3.根据权利要求1所述的一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置，其特征在于：所述待加工齿轮呈阶梯状，其与空心型圆锥变幅杆小端的固定方式是：定位盖板通过定位销钉与待加工齿轮进行定位，同时利用销钉将齿轮与所述空心型圆锥变幅杆进行定位；中心固定螺栓穿过定位盖板及齿轮中轴线，通过螺纹连接在所述变幅杆内腔的中心，通过对所述螺栓施加预紧力，将所述待加工齿轮固定在变幅杆上，实现超声振动的传递。4.根据权利要求1所述的一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置，其特征在于：所述空心型圆锥变幅杆的设计要求满足以下条件：条件：条件：条件：其中，S1为空心型圆锥变幅杆大端面面积，S2为空心型圆锥小端面面积，S0为空心型圆锥变幅杆的圆柱形空心部分内圆面积，f为振动频率，C
L
为纵波波速，N为面积系数，l为谐振长度，l
P
为变幅杆长度，x0为位移节点。5.根据权利要求1所述的一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置，其特征在于：所述空心型圆锥变幅杆内设的空腔为圆柱形，空腔内的中心位置设有隔振圆槽，用于减小或阻隔超声振动传递到中心固定螺栓，同时增强空心型变幅杆周向振动。6.根据权利要求5所述的一种适用于齿轮超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彪，赵俊帅，丁文锋，吴帮福，徐九华，傅玉灿，苏宏华，钱宁，殷景飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：