[发明专利]一维多频率轴向超声振动辅助磨削实验装置及方法

说明书

本发明公开了一维多频率轴向超声振动辅助磨削实验装置，能够提高塑性材料的加工效率和表面质量，辅助磨削多种工件材料，且能有效改善工件加工表面质量,降低磨削力,提高磨削质量，包括推力球轴承保持器、轴套、振动板和超声振动装置，所述推力球轴承保持器的外围套接所述轴套，所述推力球轴承保持器通过所述轴套连接底座，所述底座设于平面磨床磁力工作台；所述推力球轴承保持器的上方设有所述振动板，所述振动板与推力球轴承之间保持滚动接触；振动板的一侧与超声振动的装置连接；所述振动板的顶面设有三向磨削测力仪，所述三向磨削测力仪用于对工件的测量，所述三向磨削测力仪连接信号处理装置和信号记录装置。

技术领域

本发明属于磨削实验领域，具体涉及一维多频率轴向超声振动辅助磨削实验装置及方法。

背景技术

传统的磨削在加工工件材料过程中产生较大的磨削力和磨削热、工件亚表面的损伤及砂轮寿命降低等等问题。基于上述问题，引入了超声振动辅助磨削加工技术。国内外研究学者证明超声振动辅助磨削具有明显优势，比如能增加工件材料的去除率、改善加工表面的质量、减轻工件表面的损伤、及延长砂轮的寿命。大量实验研究表明，一种超声振动辅助磨削技术能改善工件表面质量、降低磨削温度、可减小磨削力及提高加工效率关于超声振动磨削机理的问题。

从1950年代开始，超声磨削开始普及，超声振动辅助磨削加工是在传统磨削加工中对砂轮或工件施加超声高频振动，所以其兼具传统磨削加工和超声波加工的优势，可以得到高加工质量和高加工效率的工件。在磨削的过程中添加超声振动，超声振动作用在工件加工表面产生的特殊切削沟槽使得冷却液更容易进入磨削区域，磨屑极易随着冷却液排出磨削区域，从而降低了磨削区域的温度，提高了砂轮磨削的持续性，进而避免或减轻了工件加工表面磨削烧伤与工件表面质量的恶化。此外，超声振动引起的磨粒特殊切削运动提高了工件材料的磨削能力，并使得磨削过程中的单颗磨粒未变形切屑最大厚度变小，从而降低了工件磨削表面的粗糙度值，提高了加工表面质量。

发明人在实践过程中认为，目前一种的超声振动辅助磨削的研究,很多都是将超声振动加在主轴上带动刀具振动，如【庞静珠,李蓓智,杨建国,张强.基于9123C测力仪的高速外圆磨削力测量实验研究[J].制造技术与机床,2012(10):98-100.】所公开的测试平台中，就是将超声振动加在主轴上带动刀具振动。这种加工方法对主轴的要求比较高，降低了砂轮寿命，且对工件的加工尺寸范围有限，操作难度比较大。

发明内容

本发明所公开方案的目的，一方面是公开一种一维多频率轴向超声振动辅助磨削实验装置，能够提高塑性材料的加工效率和表面质量，辅助磨削多种工件材料，且能有效改善工件加工表面质量,降低磨削力,提高磨削质量；另一方面，公开一种一维多频率轴向超声振动辅助磨削方法；再一方面，公开一种一维多频率轴向超声振动辅助磨削实验方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一维多频率轴向超声振动辅助磨削实验装置，包括推力球轴承保持器、轴套、振动板和超声振动装置，所述推力球轴承保持器的外围套接所述轴套，所述推力球轴承保持器通过所述轴套连接底座，所述底座放置在平面磨床磁力工作台；所述推力球轴承保持器的上方设有所述振动板，所述振动板与推力球轴承之间保持滚动接触；振动板的一侧与超声振动的装置连接，所述超声振动装置的超声振动加载方向与磨床砂轮的轴向方向平行；所述振动板的顶面设有三向磨削测力仪，三向磨削测力仪用于对工件的测量。

进一步的，所述推力球轴承保持器与所述轴套之间间隙配合，以保持所述推力球轴承与轴承之间能够进行充分的转动。

进一步的，所述振动板材质是45号钢，可以被磨床的磁力工作台吸引，从而保持振动板在垂直方向的稳定。

进一步的，所述超声振动装置的换能器通过支架固定，变幅杆的大端与换能器相连接，变幅杆的小端与振动板相连接，连接方式都是通过双头螺栓固定。