超聲振動磨削頭的製作方法

2023-08-05 15:25:01 1

專利名稱：：超聲振動磨削頭的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及超聲振動加工裝置。對陶瓷等硬脆材料的磨削加工，目前，國內主要採用金鋼石砂輪在普通工具機上進行。在加工中常出現崩塊、掉渣、裂紋等現象，因此，加工表面質量差，加工效率低，成本高。而對於軟、粘性較大的金屬材料，由於磨削時砂輪嚴重堵塞，因而，很難採用通常的磨削工藝來完成。另外，一般金屬材料的小孔磨削，由於砂輪較難安裝，加工效率低且精度不易保證，所以也難以採用普通的磨削工藝。利用超聲振動對硬脆材料進行機械加工是一種有效的方法，國外在該領域進行了相當的研究。如用於硬質材料鑽孔的裝置有日本籾山保研製的超聲振動鑽孔裝置(機械と工具，1989年6月)。該裝置主要由與工具機聯接的機構、接受超聲振蕩信號的滑環以及振動子等組成。而用於磨削的超聲振動加工裝置目前尚未見報導，國內也至今未見該類裝置的有關報導。本實用新型的目的是提供一種超聲振磨削頭。該裝置結構簡單，安裝於普通工具機上使用，不僅能保證陶瓷等硬脆材料高精度的磨削加工要求，並提高其工效，也可用於紫銅、鋁等軟、粘性大的金屬材料和淬火鋼小孔的磨削。為實現上述目的，本實用新型採用的方案是用於擴大振幅的變幅杆位於使其實現轉動的套筒中間，壓電陶瓷式換能器固裝於變幅杆上，用於接受振蕩電信號的元件為裝於套筒上的碳刷。工作時，由碳刷將接受的超聲振蕩電信號傳至壓電陶瓷，使變幅杆作機械振動；同時工具機帶動變幅杆作旋轉運動，從而經變幅杆前端的磨杆和砂輪實現對工件的磨削。使變幅杆實現轉動的套筒可以是雙筒式或單筒式。採用雙筒式時，中套1與變幅杆14固裝為一體，外套3與中套用軸承裝配；中套和變幅杆間有一定間隙，中套和外套上開有通孔B，中套的尾端A為進風口；中套的尾部裝有用於驅動變幅杆轉動的皮帶輪；碳刷11的電極16是用導線穿過絕緣套15上的孔C和中套上的孔D與壓電陶瓷的電極20連接。採用單筒式時，套筒22與變幅杆23、後負載套24間用軸承裝配；套筒和後負載套上分別開有孔G和F；後負載套的尾端開口並裝有驅動用皮帶輪；碳刷直接與變幅杆上的電極片接觸。無論採用雙筒式或單筒式結構，用於驅動變幅杆轉動的機構還可採用直接與工具機主軸錐套配合的帶有葉片和進氣孔的錐柄式結構。本實用新型超聲振動磨削頭結構簡單，性能穩定，可方便地裝於普通工具機上使用。與普通磨削相比，該裝置可大幅度提高陶瓷等硬脆材料的磨削精度和加工效率。表1即為磨削陶瓷深孔的數據對比。此外，該裝置還可滿足紫銅、鋁等軟、粘性大的金屬材料以及淬火鋼小孔的磨削加工要求，為磨削加工拓寬了應用範圍。表1磨削陶瓷深孔的數據比較以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。圖1為本實用新型一個實施例的結構示意圖。圖2為本實用新型另一實施例的結構示意圖。圖3為驅動變幅杆轉動部分的一種結構示意圖。如圖1所示，外套3和中套1用軸承4裝配，前後軸承分別由檔圈5和後壓緊螺母2固定。碳刷11的刷握9用螺釘7緊固於外套3上，絕緣套15由緊定螺釘17固定於中套1上，壓緊螺釘8和彈簧10使碳刷11與電極16緊密接觸，最後由前壓緊螺母12鎖緊。變幅杆14與中套1之間是用變幅杆前部外圓錐以及壓緊螺母13予以固定。由螺栓18、壓緊塊5把兩個壓電陶瓷19、電極片20以及絕緣套21與變幅杆14聯為一體。在中套的尾部裝設用於驅動中套和變幅杆轉動的皮帶輪，在變幅杆的前端裝配磨杆和砂輪(圖中未畫出)。該裝置可用卡具固定在工具機上使用。工作時，由碳刷11接受的振蕩電源發出的振蕩電信號經電極16、導線、電極片20傳送給壓電陶瓷19，壓電陶瓷將該振蕩電信號轉換成機械振動，然後由按等效能量原理設計的變幅杆把微小的振動幅度擴大到磨削加工所需要的振動幅度。同時，經工具機驅動，中套1帶動變幅杆14作高速旋轉。如此，使變幅杆前端的磨杆和砂輪實現高速旋轉下的高頻振動，達到超聲振動磨削的目的。另外，工作時，從中套1尾端A處的進風口吸入的空氣高速流過換能器，再由中套和外套上的出風口B排出，從而使換能器得到充分冷卻。碳刷部分在外套上的位置，視具體情況也可置於其中部或後部。圖2的實施例為單筒式結構。由螺栓18將變幅杆23，後負載套24以及壓電陶瓷19、電極片20、絕緣套21固裝為一體。碳刷11直接與電極片20接觸。用於驅動變幅杆轉動的皮帶輪裝在後負載套24的尾部(圖中未畫出)。其他結構基本與實施例1相同。工作時，空氣從後負載套尾端的進風口E進入，經孔F、G排出。在上述兩實施例中，也可將圖1中中套的尾部和圖2中後負載套的尾部改為圖3所示的錐柄結構。這樣，該裝置就可直接裝於工具機主軸進行工作，而不需其他卡具固定，也省去了用於驅動的皮帶輪等機構。圖3中的葉片25和進氣孔26可保證冷卻空氣進入。變幅杆的前端可為錐形體、階梯形或其外形為傅立葉曲線等形狀，以達到擴大振幅的目的。權利要求1.一種用於超聲振動磨削的磨削頭，主要由換能器、變幅杆和接受超聲振蕩電信號的元件組成，其特徵在於變幅杆位於使其實現轉動的套筒中間，換能器為壓電陶瓷並固裝於變幅杆上，用於接受振蕩電信號的元件為裝於套筒上的碳刷。2.根據權利要求1所述的磨削頭，其特徵在於套筒由中套(1)和外套(3)組成，中套(1)與變幅杆(14)固裝為一體，外套與中套用軸承裝配；中套和變幅杆間有一定間隙，中套和外套上開有通孔B；中套的尾端有進風口A，中套的尾部裝有皮帶輪。3.根據權利要求1所述的磨削頭，其特徵在於套筒由中套(1)和外套(3)組成，中套(1)與變幅杆(14)固裝為一體，外套與中套用軸承裝配；中套和變幅杆間有一定間隙，中套和外套上開有通孔B；中套的尾部為帶有葉片(25)和進風口(25)的錐柄結構。4.根據權利要求1所述的磨削頭，其特徵在於套筒(22)與變幅杆(23)和後負載套(24)之間用軸承裝配，套筒和後負載套上分別開有孔G和孔F；後負載套的尾端開口，尾部裝有皮帶輪。5.根據權利要求1所述的磨削頭，其特徵在於套筒(22)與變幅杆(23)和後負載套(24)之間用軸承裝配，套筒和後負載套上分別開有孔G和孔F；後負載套的尾部為帶有葉片(25)和進氣孔(26)的錐柄結構。6.根據權利要求2或3所述的磨削頭，其特徵在於碳刷(11)的電極(16)是用導線穿過絕緣套(15)上的孔C和中套上的孔D與壓電陶瓷的電極(20)連接。7.根據權利要求4或5所述的磨削頭，其特徵在於用於接受振蕩電信號的碳刷與變幅杆上的電極直接接觸。8.根據權利要求1～3中任一權利要求所述的磨削頭，其特徵在於變幅杆與套筒是用變幅杆前部外圓錐及壓緊螺母聯為一體。專利摘要本實用新型公開了一種用於超聲振動磨削的磨削頭。它主要由裝於套筒中的變幅杆、裝於變幅杆上的壓電陶瓷換能器以及裝於套筒上用於接受振蕩電信號的碳刷組成。該裝置可將超聲振蕩電信號轉換為高頻機械振動。將其裝於工具機上，由工具機驅動變幅杆轉動，從而使磨杆實現高速旋轉下的高頻振動，達到超聲振動磨削的目的。該裝置既能保證陶瓷等硬脆材料高精、高效加工要求，也能用於紫銅、鋁等軟、粘性大的金屬材料和淬火鋼小孔的磨削。文檔編號B24B5/50GK2264058SQ9522779公開日1997年10月8日申請日期1995年12月8日優先權日1995年12月8日發明者楊繼先,常曉旺,楊素梅,郭偉光,張永宏,陳海朝,郝利兵申請人:中國兵器工業第五二研究所