一種超聲縱扭振動(dòng)磨削裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磨削加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲縱扭振動(dòng)磨削裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維等復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良性能，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空、汽車等領(lǐng)域。然而正是這些特性增加了碳纖維等復(fù)合材料的加工難度，傳統(tǒng)的加工方法加工效率低、成本高，限制了碳纖維等復(fù)合材料的進(jìn)一步應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特種加工應(yīng)運(yùn)而生，并且迅速發(fā)展。其中，作為特種加工的一種，旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)加工效率高、效果好，在碳纖維等復(fù)合材料加工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
[0003]旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)磨削加工軸向沖擊力過(guò)大，影響碳纖維等復(fù)合材料的加工效果；而超聲縱扭振動(dòng)加工不受此限制，不僅可以大幅提高加工效率，降低切削力，提高加工表面質(zhì)量和刀具壽命，還能夠提高刀具系統(tǒng)的軸向、扭轉(zhuǎn)以及彎曲剛度，在加工復(fù)合材料方面有更加優(yōu)良的工藝效果。對(duì)縱扭共振超聲加工裝置的研究，能大大提高超聲波磨削加工技術(shù)的工業(yè)實(shí)用性。
[0004]同軸度是超聲縱扭振動(dòng)加工裝置必須要保證的參數(shù);較低的同軸度會(huì)使刀具在加工時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)，嚴(yán)重影響加工精度，降低加工裝置壽命?，F(xiàn)有的超聲縱扭振動(dòng)加工裝置的刀軸和變幅桿大多采用分體設(shè)計(jì)，通過(guò)法蘭盤連接，加工和裝配時(shí)均會(huì)產(chǎn)生同軸度誤差，很難保證加工裝置的同軸度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響材料加工的質(zhì)量。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同軸度高、加工精度高的超聲縱扭振動(dòng)磨削裝置。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種超聲縱扭振動(dòng)磨削裝置，包括外殼和刀軸，所述刀軸包括依次自上而下的第一軸段、第二軸段、第三軸段和第四軸段，所述第一軸段與機(jī)床主軸相配合;所述第二軸段上配置有滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承安設(shè)在軸承套內(nèi)；所述第三軸段配置有超聲換能裝置，超聲換能裝置安設(shè)在外殼內(nèi)；所述第四軸段上端與超聲換能裝置緊貼，第四軸段下端固定連接有刀具;其中，所述軸承套的下端與外殼的上端相連;所述第四軸段下端伸出外殼。
[0007]按上述方案，所述第三軸段包括上段和下段，下段的軸徑小于上段的軸徑;所述超聲換能裝置包括供電盒、銅環(huán)裝置、緊固套、后蓋板和與銅環(huán)裝置電連接的壓電陶瓷晶片，壓電陶瓷晶片的內(nèi)壁面與下段的外周面絕緣緊貼，壓電陶瓷晶片的下端與第四軸段的上端緊貼，壓電陶瓷晶片的上端與后蓋板緊貼，后蓋板的內(nèi)壁面與下段的外周面緊貼;壓電陶瓷晶片和后蓋板均套設(shè)在緊固套的內(nèi)部，緊固套的上部與上段連接;所述銅環(huán)裝置與第三軸段的上段絕緣配合;所述銅環(huán)裝置的外壁與碳刷貼緊，碳刷與供電盒連接，供電盒安設(shè)在外殼上。
[0008]按上述方案，所述銅環(huán)裝置包括與第三軸段上段配合的絕緣基體，絕緣基體的外周面套設(shè)有銅環(huán)，銅環(huán)的外壁與碳刷貼緊;所述銅環(huán)通過(guò)導(dǎo)線與壓電陶瓷晶片電連接。
[0009]按上述方案，在上段與下段相連的端面上開設(shè)有楔形槽;在緊固套的上部沿徑向向內(nèi)伸出有楔形凸臺(tái)，楔形凸臺(tái)與楔形槽相配合;楔形凸臺(tái)的下表面與后蓋板的上表面壓緊。
[0010]按上述方案，所述第四軸段包括前段和后段，所述前段通過(guò)ER緊固裝置與刀具的刀柄連接;所述后段為倒梯形錐體，后段軸徑大于第三軸段的下段軸徑。
[0011]按上述方案，所述第四軸段的下端外周面開有斜槽。
[0012]按上述方案，所述第一軸段為梯形錐體。
[0013]按上述方案，所述緊固套包括兩個(gè)半筒形組件，兩個(gè)半筒形組件的兩側(cè)端分別通過(guò)螺栓連接;所述楔形凸臺(tái)分別設(shè)置在半筒形組件的上部。
[0014]按上述方案，所述第四軸段下端開設(shè)有梯形錐孔;所述ER緊固裝置包括ER緊固帽和ER夾頭，ER夾頭安設(shè)在梯形錐孔內(nèi)，ER緊固帽與開設(shè)在第四軸段下端外周面的螺紋相配合，將刀柄緊固在ER夾頭內(nèi)。
[0015]按上述方案，所述壓電陶瓷晶片均由兩個(gè)半環(huán)形晶片拼接而成;所述后蓋板由兩個(gè)半環(huán)形蓋板拼接而成。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、采用整體式設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)超聲加工裝置中的變幅桿設(shè)計(jì)為刀軸的一部分，不存在分體式變幅桿和刀軸在裝配時(shí)產(chǎn)生的同軸度問題；同時(shí)也消除了超聲換能裝置在與變幅桿裝配時(shí)產(chǎn)生的同軸度誤差，避免了刀具磨削時(shí)由于同軸度誤差而產(chǎn)生擺動(dòng)，保證了加工精度，提高了材料表面加工質(zhì)量；
2、刀軸的第四軸段其呈倒梯形錐體的后段替代了傳統(tǒng)加工裝置中的變幅桿，后段的上端面與壓電陶瓷晶片緊貼，省去了超聲換能裝置的前蓋板，加工裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊；
3、第四軸段前段下端的斜槽對(duì)壓電陶瓷晶片產(chǎn)生的縱波進(jìn)行分解，激勵(lì)出扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并與壓電陶瓷晶片產(chǎn)生的縱向振動(dòng)復(fù)合成縱扭振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置的縱扭振動(dòng)加工；
4、刀軸的第一軸段為能與普通的機(jī)床主軸相配置的梯形錐體，實(shí)現(xiàn)了與普通機(jī)床的柔性對(duì)接，可以在普通機(jī)床上實(shí)現(xiàn)超聲加工，解決了薄壁件、碳纖維等復(fù)合材料難以加工的問題；
5、通過(guò)ER緊固裝置實(shí)現(xiàn)刀具與刀軸的連接，拆卸和裝夾方便，也可根據(jù)不同的加工要求更換不同的刀具；
6、本發(fā)明加工效率高，減小了切削力，延長(zhǎng)了刀具使用壽命;整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，裝拆方便，零件替換容易;加工精度高，穩(wěn)定性好。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本實(shí)施例中銅環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本實(shí)施例中緊固套與壓電陶瓷晶片和后蓋板的連接示意圖。
[0020]圖4為本實(shí)施例中緊固套與第三軸段的連接示意圖。
[0021]圖5為本實(shí)施例中超聲換能裝置的裝配示意圖。
[0022]圖6為本實(shí)施例中軸承套的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖7為本實(shí)施例中外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8為本實(shí)施例中供電盒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖9為本實(shí)施例中第四軸段下端的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖10為本實(shí)施例中ER夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖11為本實(shí)施例中ER緊固帽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]其中:1、軸承套;2、軸承;3、供電盒;3.1、碳刷;4、銅環(huán)裝置;4.1、絕緣基體;4.2、銅環(huán);4.3、導(dǎo)線孔;5、緊固套；5.1、半筒形組件;5.2、連接螺栓;5.3楔形凸臺(tái)；5.4、絕緣橡膠層;6、ER緊固裝置;6.1、ER螺帽;6.2、ER夾頭;7、刀軸;7.1、第一軸段;7.2、第二軸段;7.3、第三軸段;7.31、上段;7.32、下段;7.33、楔形槽;7.4、第四軸段;7.41、前段;7.42、后段;7.43、斜槽;7.44、梯形錐孔;8、軸承擋圈；9、鎖緊螺母；10、后蓋板；11、壓電陶瓷晶片；12、外殼；13、刀具；13.1、刀柄。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0030]如圖1所示的一種超聲縱扭振動(dòng)磨削裝置，包括外殼12和刀軸7，刀軸7包括依次自上而下的第一軸段7.1、第二軸段7.2、第三軸段7.3和第四軸段7.4，第一軸段7.1呈梯形錐體，與機(jī)床主軸(附圖未示出)配合連接，機(jī)床主軸帶動(dòng)刀軸7轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0031]第二軸段7.2配置有軸承2(高速深溝球軸承)，軸承2下端配置有軸承擋圈8;軸承2安設(shè)在軸承套I內(nèi)；軸承套I下部和外殼12上部均分別沿徑向向外伸出有凸緣，凸緣上開設(shè)有螺栓孔，螺栓孔與螺栓相配合，軸承套I和外殼12通過(guò)螺栓連接最后通過(guò)固定裝置固定在機(jī)床上(附圖未示出)，所述裝置運(yùn)行時(shí)，軸承套I和外殼12不隨刀軸7轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0032]第三軸段7.3與超聲換能裝置相連接，超聲換能裝置安設(shè)在外殼12內(nèi)(如圖7所示，外殼12起保護(hù)和密封作用)；第三軸段7.3包括上段7.31和下段7.32，下段7.32的軸徑小于上段7.31的軸徑;在上段7.31