一种旋转超声磨削机床及应用制造技术

本发明专利技术属于硬脆材料超声精密加工技术领域，具体涉及一种旋转超声磨削机床，由旋转超声磨削主轴、超声波电源传输装置、主轴装夹与升降装置和零件装夹与进给装置四个部分组成；旋转超声磨削主轴包括砂轮，砂轮安装在变幅杆的输出端，在变幅杆的中部设置有变幅杆法兰，变幅杆法兰与空心套筒的端面连接，变幅杆的大端芯轴伸入空心套筒内部与换能器的输出端面连接，在换能器上设置有铜片，在换能器的外表面中部设置有定位法兰，换能器通过定位法兰与空心套筒的内表面过渡配合连接，空心套筒安装在支座内，空心套筒的末端通过联轴器与电主轴连接。本发明专利技术中磨削主轴由电主轴直接驱动，提高了磨削效率，降低了磨削力、磨削热，提高了零件加工质量。件加工质量。件加工质量。

A rotary ultrasonic grinding machine and its application

【技术实现步骤摘要】
一种旋转超声磨削机床及应用


[0001]本专利技术属于硬脆材料超声精密加工
，具体涉及一种旋转超声磨削机床及应用。

技术介绍

[0002]金属基复合材料、陶瓷材料、硬质合金、半导体材料等硬脆材料，因其具有优异的机械、物理和化学性能，在航空航天、生物制造、微电子制造等领域中具有广泛应用。但硬脆材料属于难加工材料，存在着机械加工性能差，加工效率低，加工表面质量差，易产生裂纹和崩边等问题，导致加工成本较高，不利于这些材料的推广使用。
[0003]旋转超声磨削加工技术是一种对硬脆材料有效的复合精加工工艺。与传统磨削相比，具有降低磨削力和磨削热、减少加工损伤、提高加工效率和精度、延长磨具寿命等优点。旋转超声磨削作为一种载能特种加工方法，为硬脆难加工材料零件的精密加工开辟了一种新的途径，具有广阔的应用前景。
[0004]旋转超声磨削技术装备是旋转超声磨削工艺系统的关键，它的性能直接影响着硬脆材料的加工质量和使用性能。超声磨削刀柄的设计中大多使用的是小型砂轮或磨头，制约着超声磨削效率的提高。硬脆材料超声磨削加工工具平行砂轮、杯形砂轮、内圆磨削砂轮是大负载刀具，目前该种大负载旋转超声加工谐振系统的设计缺乏系统、有效的理论方法，生产应用中缺乏大负载旋转超声磨削砂轮谐振主轴、旋转超声磨削机床制约着硬脆难加工材料超声磨削加工技术的推广与应用，为此研制大功率旋转超声磨削机床已十分迫切。
[0005]申请号为ZL201810387090.2的专利技术专利于2018年提出了一种超声振动磨床，由底座、工作台、工件夹持机构和超声振动磨削机构组成。砂轮驱动电机连接砂轮共同设置在滑板上。超声波电机驱动偏心轴共振箱作为超声振动发生装置，激励滑板进行振动，最终带动砂轮实现超声振动打磨。但其砂轮超声激励的路线长、负载大，实际生产应用实施困难。
[0006]申请号为ZL201911287513.4的专利技术专利于2019年提出了一种超声磨削主轴。该装置在超声变幅杆节点位置利用轴承支撑，在超声变幅杆前端紧邻节点位置与砂轮直接相连，超声振动在砂轮中的传播过程中，砂轮外圆面的振动最大，进而提高了超声磨削主轴刚度和旋转精度，且连接处不发热，整体结构设计合理、紧凑。但未涉及超声磨削主轴在旋转超声磨削机床中的安装布置以及零件超声磨削的工艺应用。
[0007]申请号为ZL201810864416.6的专利技术专利于2018年提出了一种超声辅助磨削装置及其应用。其超声辅助磨削系统由套筒、换能器、变幅杆、砂轮、刀柄组成，可以作为通用附件，通过标准刀柄安装在立式加工中心主轴上，完成超声磨削加工。不足在于砂轮超声激励的路线长、刀柄与套筒为装配结构，影响了超声辅助磨削系统的刚度和精度。而且仅能作为机床主轴附件扩展现有机床的加工能力。不能作为磨削机床的主轴，实现零件不同表面结构的超声磨削加工。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述问题提供了一种旋转超声磨削机床及应用。
[0009]为达到上述目的本专利技术采用了以下技术方案：
[0010]一种旋转超声磨削主轴，包括砂轮，所述砂轮安装在变幅杆的输出端，在所述变幅杆的中部设置有变幅杆法兰，所述变幅杆法兰与空心套筒的端面连接，所述变幅杆的大端芯轴伸入空心套筒内部与换能器的输出端面连接，在所述换能器上设置有铜片，在所述换能器的外表面中部设置有定位法兰，所述换能器通过定位法兰与空心套筒的内表面过渡配合连接，所述空心套筒安装在支座内，所述空心套筒的末端通过联轴器与电主轴连接。
[0011]进一步，在所述空心套筒外表面与支座内表面之间设置有两个高速精密角接触球轴承，在所述空心套筒第一台阶的两端均设置有轴承定位台阶，用于对所述高速精密角接触球轴承的内圈内端面进行定位，在所述支座的内表面设置有两个内圆柱面定位台阶，用于对高速精密角接触球轴承的外圈内端面进行定位，在所述支座的左端通过螺栓固定组件安装有左端盖，所述左端盖的内环面与左侧的高速精密角接触球轴承的外圈外端面紧密接触，在所述支座的右端通过螺栓固定组件安装有右端盖，在所述右端盖与右侧的高速精密角接触球轴承之间设置有定位套，所述定位套的左右端面分别与右侧的高速精密角接触球轴承的外圈外端面和右端盖的内环面紧密接触。
[0012]再进一步，所述变幅杆法兰通过螺钉固定组件与空心套筒的端面连接，在所述变幅杆法兰的右侧面设置有配合环，所述配合环的外圆周面与所述空心套筒的内表面相接触。
[0013]更进一步，所述砂轮按形状分为平行砂轮、杯形砂轮或内圆磨削砂轮。
[0014]更进一步，所述砂轮按磨料分为电镀金刚石砂轮、电镀CBN砂轮、钎焊金刚石砂轮、钎焊CBN砂轮。
[0015]一种旋转超声磨削机床，由旋转超声磨削主轴、超声波电源传输装置、主轴装夹与升降装置和零件装夹与进给装置四个部分组成；
[0016]所述超声波电源传输装置包括超声波发生器、外绝缘导线和内绝缘导线，所述超声波发生器安装在支座的上表面，所述外绝缘导线的一端与超声波发生器的输出端连接，所述外绝缘导线的另一端与导电滑环的外圈相连接，所述导电滑环安装在空心套筒中后部的第二台阶上，所述内绝缘导线的一端与导电滑环的内圈连接，所述内绝缘导线的另一端与换能器上的铜片相连接；
[0017]所述主轴装夹与升降装置包括Z轴滚珠丝杠运动副、立柱和控制面板，所述Z轴滚珠丝杠运动副安装在立柱上，在所述Z轴滚珠丝杠运动副的滑块平台上安装有支座，所述控制面板安装在立柱侧面；
[0018]所述零件装夹与进给装置包括底座、X轴滚珠丝杠运动副、Y轴滚珠丝杠运动副、T型槽平台和机床夹具，所述X轴滚珠丝杠运动副安装在底座上，所述Y轴滚珠丝杠运动副安装在X轴滚珠丝杠运动副的滑块平台上，所述T型槽平台安装在Y轴滚珠丝杠运动副的滑块平台上，所述机床夹具安装在T型槽平台上。
[0019]一种旋转超声磨削机床的应用，用于加工硬脆材料零件。
[0020]进一步，具体的应用方法为：将旋转超声磨削主轴安装于Z轴滚珠丝杠运动副的滑块平台上，将工件夹持于机床夹具上，在控制面板上输入指令，控制零件装夹与进给装置装
夹工件实现水平方向上的进给运动，控制Z轴滚珠丝杠运动副带动旋转超声磨削主轴实现沿立柱竖直方向的进给运动，电主轴开始转动，带动空心套筒旋转，空心套筒将扭矩传递给变幅杆，变幅杆进而带动砂轮做回转运动，砂轮与工件接触进行磨削加工；同时，控制超声波发生器输出的超声波信号经外绝缘导线、导电滑环、内绝缘导线传递至换能器，换能器将超声波电信号转换为机械波，机械波通过变幅杆的传导、放大作用，使砂轮在回转运动的基础上产生沿轴向的超声频机械振动，实现工件的超声精密磨削加工。
[0021]再进一步，所述砂轮的超声振动方式和具体进给方式如下:
[0022]当砂轮为平行砂轮，进行旋转超声磨削加工时，砂轮在旋转的同时做超声频节圆型横向弯曲超声振动，同时砂轮还沿Z轴做进给运动，X轴滚珠丝杠运动副带动Y轴滚珠丝杠运动副做前后运动，同时，Y轴滚珠丝杠运动副带动机床夹具做左右运动，进而实现工件在水平面的进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转超声磨削主轴，其特征在于：包括砂轮(101)，所述砂轮(101)安装在变幅杆(103)的输出端，在所述变幅杆(103)的中部设置有变幅杆法兰(104)，所述变幅杆法兰(104)与空心套筒(106)的端面连接，所述变幅杆(103)的大端芯轴伸入空心套筒(106)内部与换能器(107)的输出端面连接，在所述换能器(107)上设置有铜片(108)，在所述换能器(107)的外表面中部设置有定位法兰(109)，所述换能器(107)通过定位法兰(109)与空心套筒(106)的内表面过渡配合连接，所述空心套筒(106)安装在支座(102)内，所述空心套筒(106)的末端通过联轴器(111)与电主轴(112)连接。2.根据权利要求1所述的一种旋转超声磨削主轴，其特征在于：在所述空心套筒(106)外表面与支座(102)内表面之间设置有两个高速精密角接触球轴承(116)，在所述空心套筒(106)第一台阶的两端均设置有轴承定位台阶(117)，用于对所述高速精密角接触球轴承(116)的内圈内端面进行定位，在所述支座(102)的内表面设置有两个内圆柱面定位台阶(118)，用于对高速精密角接触球轴承(116)的外圈内端面进行定位，在所述支座(102)的左端通过螺栓固定组件(119)安装有左端盖(120)，所述左端盖(120)的内环面与左侧的高速精密角接触球轴承(116)的外圈外端面紧密接触，在所述支座(102)的右端通过螺栓固定组件(119)安装有右端盖(113)，在所述右端盖(113)与右侧的高速精密角接触球轴承(116)之间设置有定位套(121)，所述定位套(121)的左右端面分别与右侧的高速精密角接触球轴承(116)的外圈外端面和右端盖(113)的内环面紧密接触。3.根据权利要求1所述的一种旋转超声磨削主轴，其特征在于：所述变幅杆法兰(104)通过螺钉固定组件与空心套筒(106)的端面连接，在所述变幅杆法兰(104)的右侧面设置有配合环(105)，所述配合环(105)的外圆周面与所述空心套筒(106)的内表面相接触。4.根据权利要求1所述的一种旋转超声磨削主轴，其特征在于：所述砂轮(101)按形状分为平行砂轮、杯形砂轮或内圆磨削砂轮。5.根据权利要求1所述的一种旋转超声磨削主轴，其特征在于：所述砂轮(101)按磨料分为电镀金刚石砂轮、电镀CBN砂轮、钎焊金刚石砂轮、钎焊CBN砂轮。6.应用权利要求1
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5任一项所述旋转超声磨削主轴的机床，其特征在于：由旋转超声磨削主轴(1)、超声波电源传输装置(2)、主轴装夹与升降装置(3)和零件装夹与进给装置(4)四个部分组成；所述超声波电源传输装置(2)包括超声波发生器(201)、外绝缘导线(202)和内绝缘导线(203)，所述超声波发生器(201)安装在支座(102)的上表面，所述外绝缘导线(202)的一端与超声波发生器(201)的输出端连接，所述外绝缘导线(202)的另一端与导电滑环(204)的外圈相连接，所述导电滑环(204)安装在空心套筒(106)中后部的第二台阶上，所述内绝缘导线(203)的一端与导电滑环(204)的内圈连接，所述内绝缘导线(203)的另一端与换能器(107)上的铜片(108)相连接；所述主轴装...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦慧斌，马彪，冯毅，周瑞峰，庞学慧，王宙，辛佳毅，郭纪纪，
申请(专利权)人：太原工具厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：