[实用新型]一种单激励超声椭圆振动无心磨削装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无心磨削装置，尤其是涉及一种利用单激励超声椭圆振动来代替传统无心磨削加工导轮的无心磨削装置。

背景技术

目前，如图1所示，通常无心磨削在进行外圆磨削时，工件放在主砂轮与导轮之间，由其下方的托板支承，并由导轮带动旋转。在传统无心磨削技术中，为获得理想的形状公差、表面精度和较高的加工效率，无心磨床必须具备高刚性、相对较大的砂轮及导轮，并要对导轮的运动进行精确控制。工件加工精度依赖于导轮的圆度及其旋转精度，高精度的修整技术及高旋转精度的主轴对于导轮来说必不可少，因此在无心磨床上需要安装附加的旋转控制部件及修整装置等。由于结构的局限，传统无心磨削设备不适合于直径小于2mm的微细零件的加工。

为了解决传统无心磨削设备存在的问题，公开号为CN103231287A的发明专利文献公开了一种无心磨削装置及其应用原理，其采用四块压电陶瓷分为两组粘接在弹性金属板上，以驱动弹性金属板前端粘接的摩擦片进行超声椭圆，并代替传统无心磨削设备的导轮，该装置方法能有效避免由导轮造成的圆度误差及导轮主轴造成的旋转误差，有效提高工件旋转精度，和保证磨削质量，但是装置中的椭圆振动需要采用两组压电陶瓷片来激发产生具有一定相位差的振动模态，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，这些问题制约了其在工业生产中的应用与推广。

发明内容

本实用新型提供了一种新型的单激励超声椭圆振动无心磨削装置，目的是为了克服现有超声椭圆振动无心磨削装置中存在的不足、简化结构、降低装置成本、降低装置控制难度、提高系统工作稳定性。

一种单激励超声椭圆振动无心磨削装置，包括主砂轮、用于支撑工件的托板、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、设置在椭圆振动模态转换器前端的摩擦片、联接在壳体单元下方的丝杠套、在丝杠套内设置的滚珠丝杠、设置于丝杠套下方的直线导轨、与滚珠丝杠同轴联接的驱动电机和设置于直线导轨下方的底座。所述的壳体单元包括前挡板、套筒和后挡板；所述的超声振动换能器整体呈圆柱体，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。所述超声振动换能器的电极片通过电缆与超声波电源相连接，所述的与滚珠丝杠同轴联接的驱动电机为伺服电机或步进电机，用来驱动联接在丝杠套上方壳体单元内的单激励超声椭圆振动系统进行左右移动。

所述的椭圆振动模态转换器和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。椭圆振动模态转换器包括直梁和斜梁构成的复合结构，直梁和斜梁垂直于其中心轴线的截面均为矩形，直梁的中心轴线和超声振动换能器的中心轴线重合，直梁的一端与超声振动换能器的前盖板联接，另一端悬伸；斜梁的一端和超声振动换能器的前盖板偏离中心轴线的一侧联接，另一端和直梁的中间部位联接，斜梁的中心轴线和直梁的中心轴线成0-90度夹角，直梁和斜梁与超声振动换能器前盖板的联接处均为圆弧过渡联接，斜梁的几何中心轴线和直梁的几何中心轴线所形成的平面与待加工工件的轴线在同一平面内。

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，椭圆振动模态转换器为直梁和斜梁复合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；由于斜梁结构的存在，超声振动换能器产生的纵向超声振动在传递到斜梁后，在斜梁根部分解为一部分纵向振动分量和一部分弯曲振动分量，当斜梁分解的纵向振动分量和弯曲振动分量传递到直梁后，和直梁上传播的纵向振动相复合，最终在直梁末端形成具有一定相位差的纵向振动分量和弯曲振动分量复合的超声椭圆振动。

摩擦片通过焊接、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；并驱动摩擦片和椭圆振动模态转换器末端一起做超声椭圆振动。