【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机加工，特别涉及一种超声辅助磨齿装置及使用方法。
技术介绍
1、在传统磨齿工艺中增加超声辅助能够极度改善切削力热，提高加工性能。在机床不同部件的运动方面，现有的通用磨齿机床不同于铣床，难以参考铣床更换刀柄的形式实现超声辅助磨齿加工。超声辅助磨齿装置在切削力的约束下，其超声幅值与频率容易偏离预定值，显著降低了超声辅助磨齿装置加工性能。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种超声辅助磨齿装置及使用方法，解决了超声辅助磨齿装置在切削力的约束下，其超声幅值与频率容易偏离预定值，显著降低了超声辅助磨齿装置加工性能的问题。
2、根据本专利技术实施例的一种超声辅助磨齿装置，包括：
3、超声辅助刀柄，用于安装在机床主轴上，所述超声辅助刀柄包括相连接的超声振动变幅杆和用于通电产生超声振动的超声组件；
4、磨齿刀，安装在所述超声振动变幅杆上；
5、无线接收环，安装在所述超声辅助刀柄上，所述无线接收环与所述超声组件电性连接；
6、无线传输环，可转动地套设在所述超声辅助刀柄上，所述无线传输环靠近所述无线接收环设置；
7、无线固定组件，连接所述无线传输环，所述无线固定组件用于限制所述无线传输环的位置；
8、数据采集与处理装置，用于测量所述超声振动变幅杆模态振幅波峰处、所述磨齿刀沿轴向的中部位置和所述磨齿刀的切削刃处的振动幅值。
9、根据本专利技
10、无线固定组件可以固定无线传输环的位置，无线传输环可以外接超声电源，无线传输环向无线接收环无线传递能量，无线接收环给超声组件通电，超声组件带动超声振动变幅杆产生轴向振动，进而带动磨齿刀沿磨齿刀的轴向振动，轴向产生超声振动能够形成间隔切削，快速有效提高切削性能，且不影响高强度齿轮工件的几何精度。
11、设置数据采集与处理装置，可以获取超声振动变幅杆模态振幅波峰处、磨齿刀沿轴向的中部位置和磨齿刀的切削刃处的振动幅值，通过后续使用方法，对超声辅助磨齿装置进行测试，并调整工艺参数，提高超声辅助磨齿装置加工性能。
12、根据本专利技术的一些实施例，所述无线固定组件包括轴承、连接件、第一锁紧环和第二锁紧环，所述第一锁紧环、所述轴承和所述第二锁紧环依次套设在机床主轴上，所述第一锁紧环和所述第二锁紧环用于将所述轴承限制在机床主轴上，所述连接件连接所述轴承外圈和所述无线传输环。
13、根据本专利技术的一些实施例，所述数据采集与处理装置包括第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、电荷放大器和数据采集设备，所述电荷放大器与所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和数据采集设备电性连接，所述第一位移传感器用于测量所述超声振动变幅杆模态振幅波峰处的振动幅值，所述第二位移传感器用于测量所述磨齿刀沿轴向的中部位置的振动幅值，所述第三位移传感器用于测量所述磨齿刀的切削刃处的振动幅值，所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述第三位移传感器均为可测量x轴方向、y轴方向、z轴方向、与x轴和y轴的夹角均为45°的方向的四向位移传感器。
14、根据本专利技术实施例的一种超声辅助磨齿装置的使用方法，包括以下步骤：
15、s1：设定超声振动变幅杆模态振幅波峰处为a，磨齿刀沿磨齿刀轴向的中部为b，磨齿刀切削刃处为c，超声辅助磨齿装置空载开启，获取多个开启功率下的a的振动幅值、b的振动幅值和c的振动幅值，并计算a与b的振动幅值的比值，a与c的振动幅值的比值，b与c的振动幅值的比值；
16、s2：超声辅助磨齿装置切削负载开启，获取多个开启功率下的a的振动幅值、b的振动幅值和工件齿轮处的切削力，并计算a与b的振动幅值的比值；
17、s3：对比超声辅助摩齿装置切削时和空载时的a与b的振动幅值的比值，计算b的振动幅值；
18、s4：基于步骤s2中的切削力和步骤s3中的b的振动幅值对工艺参数进行优化。
19、根据本专利技术实施例的超声辅助磨齿装置的使用方法，至少具有如下有益效果：
20、无线固定组件可以固定无线传输环的位置，无线传输环可以外接超声电源，无线传输环向无线接收环无线传递能量，无线接收环给超声组件通电，超声组件带动超声振动变幅杆产生轴向振动，进而带动磨齿刀沿磨齿刀的轴向振动，轴向产生超声振动能够形成间隔切削，快速有效提高切削性能，且不影响高强度齿轮工件的几何精度。
21、超声辅助磨齿装置的使用方法，对超声辅助磨齿装置进行测试，并调整工艺参数，提高超声辅助磨齿装置加工性能。
22、根据本专利技术的一些实施例，所述步骤s1中，开启功率与额定功率的比值为i，i依次为50％、40％、30％、20％和10％，a的振动幅值为hi,1，b的振动幅值为hi,2，c的振动幅值为hi,3，a与b的振动幅值的比值为γi,1，a与c的振动幅值的比值为γi,2，b与c的振动幅值的比值为γi,3，即：
23、
24、
25、
26、根据本专利技术的一些实施例，所述步骤s1中，a的振动幅值hi,1为对应开启功率下开展多次试验的结果的均值，b的振动幅值hi,2为对应开启功率下开展多次试验的结果的均值，c的振动幅值hi,3为对应开启功率下开展多次试验的结果的均值。
27、根据本专利技术的一些实施例，所述步骤s2包括以下步骤：
28、s21：将测力仪固定在工作台上，工件齿轮固定在测力仪器上，依据无超声辅助的齿轮切削工艺参数数据库，确定最优的切齿工艺参数为常用工艺参数，开展超声辅助切削力试验。
29、根据本专利技术的一些实施例，所述步骤s2中，开启功率与额定功率的比值为i，i依次为50％、40％、30％、20％和10％，a的振动幅值为fi,1，b的振动幅值为fi,2，工件齿轮处的切削力为li，a与b的振动幅值的比值为βi,1，即：
30、
31、根据本专利技术的一些实施例，所述步骤s3包括：
32、s31：若求得c处的超声振动幅值fi,3，
33、若依据a与c的比例，即
34、求得实际切削负载时c的振动幅值为fi,3-1，
35、依据b与c的比例，即
36、求得实际切削负载时c的振动幅值为fi,3-2，
37、采用均值法，求得实际切削负载时c处的振动幅值为fi,3，
38、根据本专利技术的一些实施例，所述步骤s4包括以下步骤：
39、s41：对比不同功率下的工件齿轮处的切削力li的大小，取最大值为lm，lm对应的超声辅助切削装置功率为m；
40、s42：若vk≤0.95vc，vk为工艺参数中的切削速度，vc＝2πfsfi,3，fs为超声振动频率，则将磨齿切削速度提升为0.95vc，超声辅助切削装置功率设为m；
41、若v本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超声辅助磨齿装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助磨齿装置，其特征在于，所述无线固定组件包括轴承、连接件、第一锁紧环和第二锁紧环，所述第一锁紧环、所述轴承和所述第二锁紧环依次套设在机床主轴上，所述第一锁紧环和所述第二锁紧环用于将所述轴承限制在机床主轴上，所述连接件连接所述轴承外圈和所述无线传输环。
3.根据权利要求1所述的一种超声辅助磨齿装置，其特征在于，所述数据采集与处理装置包括第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、电荷放大器和数据采集设备，所述电荷放大器与所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和数据采集设备电性连接，所述第一位移传感器用于测量所述超声振动变幅杆模态振幅波峰处的振动幅值，所述第二位移传感器用于测量所述磨齿刀沿轴向的中部位置的振动幅值，所述第三位移传感器用于测量所述磨齿刀的切削刃处的振动幅值，所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述第三位移传感器均为可测量X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、与X轴和Y轴的夹角均为45°的方向的四向位移传感器。
4.一种如权利要求1-3任一项所述
5.根据权利要求4所述的超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S1中，开启功率与额定功率的比值为i，i依次为50％、40％、30％、20％和10％，A的振动幅值为hi,1，B的振动幅值为hi,2，C的振动幅值为hi,3，A与B的振动幅值的比值为γi,1，A与C的振动幅值的比值为γi,2，B与C的振动幅值的比值为γi,3，即：
6.根据权利要求5所述的超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S1中，A的振动幅值hi,1为对应开启功率下开展多次试验的结果的均值，B的振动幅值hi,2为对应开启功率下开展多次试验的结果的均值，C的振动幅值hi,3为对应开启功率下开展多次试验的结果的均值。
7.根据权利要求4所述的超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
8.根据权利要求5所述的超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S2中，开启功率与额定功率的比值为i，i依次为50％、40％、30％、20％和10％，A的振动幅值为fi,1，B的振动幅值为fi,2，工件齿轮处的切削力为Li，A与B的振动幅值的比值为βi,1，即：
9.根据权利要求8所述的超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
10.根据权利要求9所述的超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种超声辅助磨齿装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助磨齿装置，其特征在于，所述无线固定组件包括轴承、连接件、第一锁紧环和第二锁紧环，所述第一锁紧环、所述轴承和所述第二锁紧环依次套设在机床主轴上，所述第一锁紧环和所述第二锁紧环用于将所述轴承限制在机床主轴上，所述连接件连接所述轴承外圈和所述无线传输环。
3.根据权利要求1所述的一种超声辅助磨齿装置，其特征在于，所述数据采集与处理装置包括第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、电荷放大器和数据采集设备，所述电荷放大器与所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和数据采集设备电性连接，所述第一位移传感器用于测量所述超声振动变幅杆模态振幅波峰处的振动幅值，所述第二位移传感器用于测量所述磨齿刀沿轴向的中部位置的振动幅值，所述第三位移传感器用于测量所述磨齿刀的切削刃处的振动幅值，所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述第三位移传感器均为可测量x轴方向、y轴方向、z轴方向、与x轴和y轴的夹角均为45°的方向的四向位移传感器。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的一种超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的超声辅助磨齿装置的使用方法，其特征在于，所述步...
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