[发明专利]内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置及方法

权利要求书

1.一种内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置，其特征在于：包括车床（1）、内孔沟槽回转体零件（2）和超声振动辅助砂轮磨削系统，所述的车床（1）的三爪卡盘（101）用于固定内孔沟槽回转体零件（2）；车床（1）的刀架系统（102）用于紧固超声振动辅助砂轮磨削系统；所述的超声振动辅助砂轮磨削系统包括超声波发生器（3）、压电换能器（4）、变幅杆（5）、外壳（6）、调整后座（7）、调整外壳（8）、调整垫块（9）、砂轮连杆（10）、磨削砂轮（11）和盲孔垫块（12），超声波发生器（3）与压电换能器（4）通过导线连接，压电换能器（4）设置在外壳（6）内，压电换能器（4）与变幅杆（5）大端连接，变幅杆（5）外表面还设置有法兰盘（501），法兰盘（501）与外壳（6）通过螺栓连接，压电换能器（4）、变幅杆（5）和外壳（6）开有对应的等径通孔，变幅杆（5）小端开有内螺纹；调整后座（7）一端与变幅杆（5）小端通过螺纹连接，另一端与调整外壳（8）通过螺纹连接；调整后座（7）内部开口通孔，通孔设有喉结；调整后座（7）和调整外壳（8）内部还放置有调整垫块（9）；调整垫块（9）随着调整后座（7）与调整外壳（8）的螺纹紧固作用将砂轮连杆（10）固定；砂轮连杆（10）一端焊接有盲孔垫块（12），盲孔垫块（12）置于调整后座（7）的喉结处，并在调整垫块（9）的挤压下固定；砂轮连杆（10）另一端穿过调整垫块（9）与磨削砂轮（11）连接；还包括高精度位移传感器（13），高精度位移传感器（13）穿过压电换能器（4）、变幅杆（5）和外壳（6）的通孔与盲孔垫块（12）通过磁力连接；数据分析仪（14）与高精度位移传感器（13）通过导线连接，用于监测砂轮连杆（10）的径向和轴向位移；

内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置的使用方法，包括以下步骤，

S100～将内孔沟槽回转体零件（2）固定于车床（1）的三抓卡盘（101）上，将超声振动辅助砂轮磨削系统固定于车床（1）的刀架系统（102）上；

S200～装配磨削砂轮（11），通过调整外壳（8）、调整垫块（9）和调整后座（7），调节砂轮连杆（10），固定磨削砂轮（11）；

S300～打开超声波发生器（3），调节超声频率和振幅，确保超声频率与超声振动辅助砂轮磨削系统固有频率相同，以便于磨削砂轮处于最优谐振状态；

S400～启动车床（1），将磨削砂轮（11）调整到内孔沟槽（201）附近位置；

S500～启动高精度位移传感器（13），利用数据分析仪（14）监测磨削砂轮（11）与内孔沟槽（201）的径向间距h和轴向间距s，并利用车床（1）的刀架系统（102）进行微量调整；

S600～对内孔沟槽回转体零件（2）施加旋转运动，并进行内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工，可完成内孔沟槽（201）底面的精密抛光；

S700～利用高精度位移传感器（13）和数据分析仪（14），调整磨削砂轮（11）与内孔沟槽（201）的轴向间距s，使得磨削砂轮（11）与内孔沟槽两侧壁依次接触，可完成内孔沟槽（201）的侧壁抛光；

S800～通过多次调整超声频率和振幅以及工件旋转运动速度，可实现内孔沟槽（201）高效、高质的抛光工艺；

S900～每次更换磨削砂轮（11）时，需要重新调整超声振动辅助砂轮磨削系统的谐振频率；

S1000～加工完成后，对不符合要求的内孔沟槽（201）可多次重复上述步骤直到完成内孔沟槽的高效抛光。

2.根据权利要求1所述的内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置，其特征在于：所述的磨削砂轮（11）外径与内孔沟槽回转体零件（2）的沟槽底面径向间距h应为磨粒粒径r的整数倍，h=nr，其中n为正整数；磨削砂轮（11）宽度与内孔沟槽回转体零件（2）的沟槽侧壁留有1~2mm的轴向间距s。

3.根据权利要求2所述的内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置，其特征在于：所述的压电换能器（4）、变幅杆（5）、外壳（6）、调整后座（7）、调整外壳（8）和磨削砂轮（11）保持轴线对称。