[发明专利]一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置及其运行工艺

权利要求书

1.一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置，其特征在于：包括待加工齿轮、定位盖板、中心固定螺栓、空心型圆锥变幅杆、压电陶瓷换能器、防水型底座；

所述空心型圆锥变幅杆的小端内设空腔，待加工齿轮连接轴(18)伸入该空腔内后固定，所述压电陶瓷换能器的一端通过双头螺柱与空心型圆锥变幅杆的大端连接，压电陶瓷换能器的另一端置于防水型底座内并外包绝缘套，所述空心型圆锥变幅杆通过螺钉将其法兰固定在防水型底座上，所述防水型底座通过螺钉安装于机床主轴；

空心型圆锥变幅杆的法兰设于其振动节点处，且开有隔振槽(26)；

所述待加工齿轮呈阶梯状，其与空心型圆锥变幅杆小端的固定方式是：定位盖板通过定位销钉与待加工齿轮进行定位，同时利用销钉将齿轮与所述空心型圆锥变幅杆进行定位；中心固定螺栓穿过定位盖板及齿轮中轴线，通过螺纹连接在所述变幅杆内腔的中心，通过对所述螺栓施加预紧力，将所述待加工齿轮固定在变幅杆上，实现超声振动的传递；

所述空心型圆锥变幅杆的设计要求满足以下条件：

其中，S₁为空心型圆锥变幅杆大端面面积，S₂为空心型圆锥小端面面积，S₀为空心型圆锥变幅杆的圆柱形空心部分内圆面积，f为振动频率，C_L为纵波波速，N为面积系数，l为谐振长度，l_P为变幅杆长度，x₀为位移节点；

所述空心型圆锥变幅杆内设的空腔为圆柱形，空腔内的中心位置设有隔振圆槽，用于减小或阻隔超声振动传递到中心固定螺栓，同时增强空心型变幅杆周向振动；

所述的隔振槽设置为倒锥形，根据变幅杆尺寸，角度设计范围在30-60°；

所述底座前端内部设有凸台，起到承载作用，其上开有螺纹孔，通过紧定螺钉与所述空心型圆锥变幅杆的法兰与底座连接，螺纹孔外侧设有密封槽，密封槽内置弹性密封圈；所述底座内部开孔，配合所述换能器安装，并起保护换能器作用，所属底座后端与机床主轴经过螺钉、通孔安装在一起。

2.根据权利要求1所述的一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置，其特征在于：设置有倒锥形隔振圆槽，倒锥形隔振圆槽根据变幅杆尺寸，角度设计为60°。

3.权利要求1所述的一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置的运行工艺，其特征在于，步骤如下：

(1)在磨削实施前，代加工齿轮(2)通过定位盖板(8)以及中心固定螺栓(7)装夹在空心型圆锥变幅杆(3)的小端内腔，空心型圆锥变幅杆的大端连接至压电陶瓷换能器组件，压电陶瓷换能器组件置于防水型底座内部，防水型底座连接机床转动轴；

(2)开启超声波发生器，机床转动轴传动高频电信号至压电陶瓷换能器组件，压电陶瓷换能器将超声波发生器输送的高频电信号转换为高频纵向振动；

(3)压电陶瓷换能器转换的高频纵向振动，经过空心型圆锥变幅杆放大并经变幅杆前端圆环面(20)传递至代加工齿轮；

(4)空心型圆锥变幅杆经小端内腔后壁的螺纹孔(23)与中心固定螺栓(7)配合固定齿轮；空心型圆锥变幅杆内腔中心位置设有倒锥形的隔振圆环槽(22)，减小或阻隔超声振动传递到中心固定螺栓，增强空心型变幅杆周向振动；而且空心型圆锥变幅杆借助其法兰(24)与防水型底座(4)固定，法兰(24)设在振动位移节点位置，开有隔振槽(26)，在保证中心固定螺栓安装位置超声振动效应减弱的同时增强了齿轮与变幅杆接触面的振动传递效果，使齿轮加工表面产生高频超声振动，实现齿轮的超声振动辅助磨削。