[发明专利]单激励超声椭圆振动抛光装置

说明书

技术领域

本发明属于工件表面光整加工技术领域，尤其是涉及一种利用单激励超声椭圆振动和机械往复运动相结合的抛光装置。

背景技术

现代工业科技的飞速发展对工件的表面质量提出了更高的要求，工件表面质量影响着工件的外观质量和性能寿命，而研磨抛光是模具、工程机械、医疗设备、航空航天工业中某些关键零件表面加工的重要手段，为了提高研磨抛光的效率和质量，公开号为CN101362303A的发明专利文献公开了一种机械往复与超声振动复合的研磨方法，其采用机械往复振动和一维超声振动相叠加的方法驱动磨头对工件的表面进行研磨，进而达到提高加工效率和加工质量的目的，但是由于该方法采用的是一维超声振动，且机械往复和超声振动在同一方向上，其工具头只能在一条直线上进行抛光，因此在使用过程中，依然存在着抛光效率偏低、研磨抛光的工件表面光洁度不够均匀的问题。

超声椭圆振动在超声振动切削、超声焊接、超声研磨、超声抛光、直线超声电机和旋转超声电机等领域具有较广泛的应用。目前研究人员大多采用纵向振动、扭转振动、弯曲振动和径向振动中的两种振动形式进行复合来产生超声椭圆振动，需要采用两组或两组以上的压电陶瓷片来激发产生具有一定相位差的两个或多个振动模态，还必须为每组压电陶瓷片配备一路超声驱动电源信号，且需要控制各路超声驱动电源信号之间的相位差，超声振动系统和控制系统结构复杂，制造难度大、控制难度高、生产成本高、不易实现微型化、工作性能不够稳定，这些问题制约了超声椭圆振动换能器在工业生产中的应用与推广。

如何克服上述超声振动抛光技术和超声椭圆振动技术中存在的不足，并利用新型单激励超声椭圆振动技术，提供一种使工具头实现往复机械运动和单激励超声椭圆轨迹振动的复合抛光装置，进一步提高抛光效率和工件表面光洁度的均匀性，是本发明的主要研究内容。

发明内容

本发明提供了一种新型的单激励超声椭圆振动抛光装置，目的是为了克服现有超声振动抛光方法中存在的不足、提高抛光效率和工件表面光洁度的均匀性。

单激励超声椭圆振动抛光装置，包括包括外套、直线轴承、往复驱动机构、壳体单元、置于壳体单元内的超声振动换能器、椭圆振动模态转换器和设置在椭圆振动模态转换器前端的工具头。所述的直线轴承支撑在壳体单元和外套之间，直线轴承为滑动直线轴承或滚动直线轴承。所述的壳体单元包括前挡板、内套筒和后挡板；所述的往复驱动机构一端固定在壳体单元的后挡板上，另一端固定在外套上，往复驱动机构为曲柄滑块机构、偏心轮机构、丝杠螺母机构、气缸或液压缸往复驱动机构。

所述的超声振动换能器外轮廓为圆柱形，其包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板上设置有与壳体单元联接用的法兰盘，后盖板和前盖板通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板联接压紧，构成了超声振动换能器的能量转换部分，可将超声电源输出的超声电信号转换为超声振动换能器的纵向超声振动。

所述的椭圆振动模态转换器与前盖板制作成一个整体设置在前盖板的前端，或者将椭圆振动模态转换器焊接设置在前盖板的前端。所述的椭圆振动模态转换器为斜楔形结构，斜楔形结构椭圆振动模态转换器原整体为长方体，沿超声振动换能器轴线方向其一侧被切割掉一部分后形成斜楔形结构，形成斜楔形的两个侧面中，未被切割的一侧面平行于超声振动换能器轴线，被切割过的另一侧面与超声振动换能器轴线成3-30度夹角。在椭圆振动模态转换器与超声换能器前盖板的联接处设有过渡圆弧。斜楔形结构椭圆振动模态转换器中两个近似梯形的侧面与待抛光的工件表面平行。

椭圆振动模态转换器设置在超声振动换能器前端后构成的组合件称为单激励超声椭圆振动换能器，使椭圆振动模态转换器成为斜楔形结构的目的是为了改变单激励超声椭圆振动换能器的振动模态，使其纵向振动模态频率和弯曲振动模态频率接近或相等；由于斜楔形结构椭圆振动模态转换器的存在，超声振动换能器产生的纵向超声振动在传递到斜楔形结构椭圆振动模态转换器后，在斜楔形结构椭圆振动模态转换器的末端分解为一部分纵向振动分量和一部分弯曲振动分量，且两振动分量具有一定的相位差，进而在斜楔形结构椭圆振动模态转换器的末端复合形成椭圆轨迹振动。

工具头通过焊接、联接螺钉或压板机构联接设置在椭圆振动模态转换器的前端；当超声振动能量从超声振动换能器传递到椭圆振动模态转换器末端后，转换为具有一定相位差的纵向振动和弯曲振动复合的纵弯复合超声椭圆振动，即转换为椭圆振动模态转换器末端的纵弯复合超声椭圆振动；并驱动工具头和椭圆振动模态转换器末端一起做超声椭圆振动。