專利名稱：一種內(nèi)圓超聲elid復合磨削實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磨削實驗裝置，尤其涉及一種硬脆材料內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置。
背景技術(shù)：
硬脆材料鏡面高效加工技術(shù)是超精密加工技術(shù)的一個重要分支，對發(fā)展航空航天、國防軍工、信息、微電子與光電子等尖端科學技術(shù)具有重要的意義。目前硬脆材料鏡面加工常規(guī)工藝技術(shù)研究比較成熟，致命的缺點是效率低成本高。為了提高效率，硬脆材料超聲磨削技術(shù)、ELID磨削技術(shù)、磁性拋光技術(shù)、彈性發(fā)射加工技術(shù)等復合加工技術(shù)研究應運而生，目前技術(shù)成熟度、效率較高和應用較多的公認為ELID鏡面磨削和超聲精密加工技術(shù)。ELID鏡面磨削技術(shù)，是將砂輪在線電解修整與磨削拋光相復合形成的一種加工新技術(shù)。該方法的主要優(yōu)點是可以采用細、微磨粒獲得粗糙度極低的納米加工表面，解決航天光學等領(lǐng)域的超鏡面連續(xù)加工問題，但ELID鏡面磨削技術(shù)的缺點是砂輪易堵塞、加工效率低、成本較高及金剛石砂輪上剝落的非導電氧化物容易擦傷工件等，因此如何能減少砂輪堵塞、減少脫落的氧化膜對磨削表面的損傷、獲得更高的效率等問題一直是該領(lǐng)域研究的主要問題，也成為ELID磨削技術(shù)進一步提高的瓶頸。超聲振動精密磨削是將超聲振動與普通磨削相復合的一種加工技術(shù)，在精密加工中被公認的主要優(yōu)點是在高效的同時可以獲得精密超精密表面，但缺點 是保證聲學系統(tǒng)振動穩(wěn)定性困難，砂輪不能在線修整，不能夠高效地獲得粗糙度數(shù)值極低的納米表面(小于IOnm的表面)，諸如ELID鏡面磨削那樣的表面等，這些問題也成為制約該技術(shù)在高技術(shù)領(lǐng)域廣泛應用的主要因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硬脆材料內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)超聲振動與ELID磨削技術(shù)的復合，形成一種多工藝復合的高效鏡面加工技術(shù)。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，包括兩側(cè)分別設(shè)置有砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置的機床工作臺，機床主軸下端設(shè)置有超聲振動刀具系統(tǒng)，超聲振動刀具系統(tǒng)處于砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置之間。所述的機床主軸外壁上設(shè)有感應盤支撐架，感應盤支撐架下端設(shè)置有上感應盤，機床主軸下端通過刀柄連接超聲振動刀具系統(tǒng)固定架，超聲振動刀具系統(tǒng)固定架上套設(shè)有下感應盤，下感應盤內(nèi)設(shè)置有連接換能器和超聲波發(fā)生器的導線，超聲振動刀具系統(tǒng)固定架內(nèi)設(shè)置有換能器和變幅桿，變幅桿前端設(shè)置有砂輪。所述的上感應盤和下感應盤間距為lmm-2mm。所述的刀柄和機床主軸孔錐度配合。所述的換能器、變幅桿、砂輪、超聲振動刀具系統(tǒng)固定架和刀柄位于同一軸線上。所述的ELID在線修整裝置包括磨削液噴嘴、通過銷孔與銷釘連接的固定套筒和支撐軸，固定套筒底端設(shè)置有磁力吸盤，磁力吸盤設(shè)有磁力吸盤手柄，支撐軸上設(shè)置有陰極支撐架和陽極固定板，陰極支撐架與支撐軸螺紋配合，陰極支撐架一端設(shè)置有陰極電解裝置，陰極電解裝置包括與ELID電源陰極連接的半銅環(huán)電極，半銅環(huán)電極通過橡膠隔離套固定在調(diào)整螺桿上，調(diào)整螺桿設(shè)置在陰極支撐架一端內(nèi)部且與陰極支撐架螺紋連接；陽極固定板通過兩個設(shè)置有內(nèi)螺紋的絕緣夾板固定在支撐軸上，陽極固定板的一端設(shè)置有與ELID電源陽極連接的陽極碳刷，在進行ELID砂輪在線修整時陽極碳刷與超聲振動刀具系統(tǒng)中的任一導電零件壓接，半銅環(huán)電極的軸心線與砂輪的軸心線平行，且圓周間隙在之間。所述的陽極固定板、絕緣夾板采用塑料材質(zhì)做成。所述的砂輪整形裝置包括固定在機床工作臺上的連接盤，連接盤上方設(shè)置有環(huán)形修整輪，環(huán)形修整輪外側(cè)設(shè)置有環(huán)形導電體 ，環(huán)形導電體外側(cè)通過螺栓固定有環(huán)形絕緣體，環(huán)形絕緣體通過下端的支撐架設(shè)置在連接盤上，環(huán)形導電體連接ELID電源負極。所述的環(huán)形修整輪采用銅環(huán)。所述的環(huán)形絕緣體采用橡膠絕緣體。本發(fā)明通過在加工中心機床工作臺兩側(cè)分別設(shè)置砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置，并在砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置之間設(shè)置超聲振動刀具系統(tǒng)，從而在實現(xiàn)超聲振動磨削的同時，可根據(jù)需求進行砂輪的ELID在線修整或砂輪整形，形成一種多工藝復合的高效鏡面加工技術(shù)，為硬脆材料超光滑表面高效加工在國防、航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域的應用提供技術(shù)支撐，具有重要的理論價值和實用價值。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為超聲振動刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意 圖3為ELID在線修整裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖4為砂輪整形裝置的剖視圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括兩側(cè)分別設(shè)置有砂輪整形裝置I和ELID在線修整裝置2的加工中心機床工作臺3，機床主軸4下端設(shè)置有超聲振動刀具系統(tǒng)6，超聲振動刀具系統(tǒng)6處于砂輪整形裝置I和ELID在線修整裝置2之間。超聲振動刀具系統(tǒng)6與機床主軸4 一起轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)超聲振動磨削；同時，超聲振動刀具系統(tǒng)6可隨機床主軸4左右移動。砂輪整形裝置I和ELID在線修整裝置2固定在工作臺上，留有足夠的工作空間以便安裝工件。當超聲振動刀具系統(tǒng)6中的砂輪15需要整形時，超聲振動刀具系統(tǒng)6可隨機床主軸架移動至砂輪整形裝置I處；當超聲振動刀具系統(tǒng)6中的砂輪15需要進行ELID砂輪15在線修整時，超聲振動刀具系統(tǒng)6可隨機床主軸架5移動至ELID在線修整裝置2處。如圖1和2所示，機床主軸4的外壁上設(shè)有感應盤支撐架7，感應盤支撐架7下端設(shè)置有上感應盤8，機床主軸4下端通過刀柄9連接超聲振動刀具系統(tǒng)固定架10，刀柄9和機床主軸孔錐度配合，錐度為7:24。超聲振動刀具系統(tǒng)固定架10上套設(shè)有下感應盤11，上感應盤8和下感應盤11間距為1_-2_ ;下感應盤11內(nèi)設(shè)置有連接換能器12和超聲波發(fā)生器的導線13，超聲振動刀具系統(tǒng)固定架10內(nèi)設(shè)置有換能器12和變幅桿14，變幅桿14前端設(shè)置有砂輪15，換能器12、變幅桿14、砂輪15、超聲振動刀具系統(tǒng)固定架10和刀柄9位于同一軸線上，砂輪15和變幅桿14可根據(jù)不同使用場合可采用冷裝和熱裝技術(shù)。外接的超聲波發(fā)生器通過導線13為換能器12提供動力，并通過變幅桿14的放大，實現(xiàn)砂輪15的超聲振動磨削，可有效防止磨削過程中砂輪15發(fā)生堵塞現(xiàn)象。如圖3所示，ELID在線修整裝置2包括磨削液噴嘴16、通過銷孔與銷釘17連接的固定套筒18和支撐軸19，使用者可根據(jù)需求通過銷孔與銷釘17調(diào)節(jié)支撐軸19的高度。固定套筒18底端設(shè)置有磁力吸盤20，磁力吸盤20設(shè)有磁力吸盤手柄21，通過磁力吸盤手柄21的上下移動可實現(xiàn)磁力吸盤20與機床工作臺3的相對移動與固定。支撐軸19上設(shè)置有陰極支撐架22和陽極固定板23。支撐軸19設(shè)置有外螺紋，陰極支撐架22與支撐軸19螺紋配合，陰極支撐架22 —端設(shè)置有陰極電解裝置，使用者可通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)陰極電解裝置的高度。陰極電解裝置包括與ELID電源24陰極連接的半銅環(huán)電極25，半銅環(huán)電極25通過橡膠隔離套26固定在調(diào)整螺桿27上，橡膠隔離套26可起到絕緣作用；調(diào)整螺桿27設(shè)置在陰極支撐架22 —端內(nèi)部且與陰極支撐架22螺紋連接，通過轉(zhuǎn)動即可調(diào)整半銅環(huán)電極25的水平位置。陽極固定板23通過兩個設(shè)置有內(nèi)螺紋的絕緣夾板28固定在支撐軸19上，陽極固定板23可在兩個絕緣夾板28的位置限定下實現(xiàn)任意轉(zhuǎn)動及一定范圍內(nèi)的水平移動，彌補了陰極只能整周和1/2軸轉(zhuǎn)動的缺陷，從而簡化了陰極固定裝置的設(shè)計。陽極固定板23和兩個絕緣夾板28采用塑料材質(zhì)做成，可以保證陽極的絕緣性能。陽極固定板23的一端設(shè)置有與ELID電源24陽極連接 的陽極碳刷29，在進行ELID砂輪15在線修整時陽極碳刷29可與超聲振動刀具系統(tǒng)6中的任一導電零件壓接，保證砂輪15帶有正電，半銅環(huán)電極25的軸心線與砂輪15的軸心線平行,且圓周間隙在之間。在進行砂輪15的ELID在線修整時，ELID電源24陽極通過陽極碳刷29、超聲振動刀具系統(tǒng)6中的導電零件與砂輪15連接，半銅環(huán)電極25與ELID電源24陰極連接，從磨削液噴嘴16噴出的具有電解作用的磨削液進入半銅環(huán)電極25與砂輪15表面之間的間隙后，在電流的作用下，砂輪15的金屬基體作為陽極被電解，使砂輪15中的磨粒露出表面，形成一定的磨粒高度和容屑空間。同時，在砂輪15表面逐漸形成一層鈍化膜，阻止電解過程的繼續(xù)進行，使砂輪15不會過快損耗。當砂輪15表面的磨粒磨損后，鈍化膜將會被工件材料刮擦去除，電解繼續(xù)進行，可對砂輪15表面進一步修整。砂輪15的ELID在線修整能夠避免砂輪15的過快消耗，又能夠自動保持砂輪15表面的磨削能力。如圖4所示，砂輪整形裝置I包括固定在機床工作臺3上的連接盤30，連接盤30上方設(shè)置有環(huán)形修整輪31，環(huán)形修整輪31可采用銅環(huán)；環(huán)形修整輪31外側(cè)設(shè)置有環(huán)形導電體32，環(huán)形導電體32外側(cè)通過螺栓33固定有環(huán)形絕緣體34，環(huán)形絕緣體34可采用橡膠絕緣體；環(huán)形絕緣體34通過下端的支撐架35設(shè)置在連接盤30上，環(huán)形導電體32連接ELID電源24負極。砂輪15與ELID電源24的正極相連，連接方法與ELID在線修整裝置2的連接方法相同。當砂輪15磨損嚴重或更換新砂輪15需要修整時，機床主軸架5帶動超聲振動刀具系統(tǒng)6移動到砂輪整形裝置I處，實現(xiàn)砂輪15的ELID在線整形。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:包括兩側(cè)分別設(shè)置有砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置的機床工作臺，機床主軸下端設(shè)置有超聲振動刀具系統(tǒng)，超聲振動刀具系統(tǒng)處于砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的機床主軸外壁上設(shè)有感應盤支撐架，感應盤支撐架下端設(shè)置有上感應盤，機床主軸下端通過刀柄連接超聲振動刀具系統(tǒng)固定架，超聲振動刀具系統(tǒng)固定架上套設(shè)有下感應盤，下感應盤內(nèi)設(shè)置有連接換能器和超聲波發(fā)生器的導線，超聲振動刀具系統(tǒng)固定架內(nèi)設(shè)置有換能器和變幅桿，變幅桿前端設(shè)置有砂輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的上感應盤和下感應盤間距為lmm-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的刀柄和機床主軸孔錐度配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的換能器、變幅桿、砂輪、超聲振動刀具系統(tǒng)固定架和刀柄位于同一軸線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的ELID在線修整裝置包括磨削液噴嘴、通過銷孔與銷釘連接的固定套筒和支撐軸，固定套筒底端設(shè)置有磁力吸盤，磁力吸盤設(shè)有磁力吸盤手柄，支撐軸上設(shè)置有陰極支撐架和陽極固定板，陰極支撐架與支撐軸螺紋配合，陰極支撐架一端設(shè)置有陰極電解裝置，陰極電解裝置包括與ELID電源陰極連接的半銅環(huán)電極，半銅環(huán)電極通過橡膠隔離套固定在調(diào)整螺桿上，調(diào)整螺桿設(shè)置在陰極支撐架一端內(nèi)部且與陰極支撐架螺紋連接；陽極固定板通過兩個設(shè)置有內(nèi)螺紋的絕緣夾板固定在支撐軸上，陽極固定板的一端設(shè)置有與ELID電源陽極連接的陽極碳刷，在進行ELID砂輪在線修整時陽極碳刷與超聲振動刀具系統(tǒng)中的任一導電零件壓接，半銅環(huán)電極的軸心線與砂輪的軸心線平行，且圓周間隙在之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的陽極固定板、絕緣夾板采用塑料材質(zhì)做成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的砂輪整形裝置包括固定在機床工作臺上的連接盤，連接盤上方設(shè)置有環(huán)形修整輪，環(huán)形修整輪外側(cè)設(shè)置有環(huán)形導電體，環(huán)形導電體外側(cè)通過螺栓固定有環(huán)形絕緣體，環(huán)形絕緣體通過下端的支撐架設(shè)置在連接盤上，環(huán)形導電體連接ELID電源負極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的環(huán)形修整輪采用銅環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，其特征在于:所述的環(huán)形絕緣體采用橡膠絕緣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)圓超聲ELID復合磨削實驗裝置，包括兩側(cè)分別設(shè)置有砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置的機床工作臺，機床主軸下端設(shè)置有超聲振動刀具系統(tǒng)，超聲振動刀具系統(tǒng)處于砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置之間。本發(fā)明通過在加工中心機床工作臺兩側(cè)分別設(shè)置砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置，并在砂輪整形裝置和ELID在線修整裝置之間設(shè)置超聲振動刀具系統(tǒng)，從而在實現(xiàn)超聲振動磨削的同時，可根據(jù)需求進行砂輪的ELID在線修整或砂輪整形，形成一種多工藝復合的高效鏡面加工技術(shù)，為硬脆材料超光滑表面高效加工在國防、航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域的應用提供技術(shù)支撐，具有重要的理論價值和實用價值。
文檔編號B24B1/04GK103213038SQ20131014714
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者趙波, 童景琳, 卞平艷, 趙重陽, 李亞敏, 崔峰, 劉折, 許永強 申請人:河南理工大學