[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

说明书

本发明涉及一种适用于齿轮超声振动辅助磨削的装置及其运行工艺，该装置的压电陶瓷片在超声波发生器的电信号激励下产生高频纵向振动位移，通过空心型圆锥变幅杆将振动位移放大，并将振动位移传递至由中心固定螺栓进行紧固的待加工齿轮上，在空心型圆锥变幅杆内部设置有环形隔振槽、周向设有法兰，法兰设有隔振槽，这些结构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。本装置结构简单，易于实现高强度、高精密齿轮超声高频微幅振动加工效果，从而达到高强度齿轮超声振动辅助成型精密磨削。

技术领域：

本发明属于精密超精密加工和特种加工技术领域，特别是涉及齿轮超声振动辅助加工装置。

背景技术：

超高强度齿轮钢材料属于典型的高强韧难加工材料，现阶段齿轮磨削加工，由于刀具与工艺匹配性差，导致刀具寿命短、加工效率低、加工质量差，无法满足超高强度齿轮加工技术需求，同时齿轮成型零件在制造技术中占有较大的比例，寻求更加高效的加工方式是解决高强度齿轮高质高效加工的有效途径之一。

目前，超声振动辅助加工在特种加工领域运用广泛，在传统机械加工的基础上施加高频超声振动，可有效改善切削环境，降低切削力和切削温度，特别是在磨削加工过程中，实现了砂轮与工件间断续磨削，改变了磨削过程中材料去除机理，有效降低了磨削热和磨削力。

中南大学提交的申请号为CN202110065173.1的专利申请文件，公开了一种超声冷摆碾齿高效加工圆柱齿轮的方法和装置，包括如下步骤：S1、通过多组不同进给量的测试，获得不同进给量的情况下的实际工件的预紧位移；S2、设定工件实际预紧位移的线性关系式为：s＝aF₁+b；S3、将步骤S1中的多组数据代入步骤S2的线性关系式中，获得线性关系式中的参数a和b；S4、获得最大额定进给量f_zmax，并以最大额定进给量f_zmax进行加工。该发明通过多组测试获得工件的变形关系式，再将最大额定载荷作为预紧力，获得相应的工件变形和超声振动装置的变形，由此获得最大额定进给量，既能保证加工高效，且进给量精度可控，提高加工精度。

湖南科技大学提交的申请号为CN202110472213.4的专利申请文件，公开了弹丸式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与弹丸冲击机构，超声振动装置由超声波发生器、换能器、变幅杆和振动头组成，振动头工作端的截面形状为梯形，振动方式为径向振动，弹丸冲击机构由壳体、上盖板、内挡板、外挡板和弹丸组成，壳体内部设置有与振动头形状相同的型腔，壳体与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线，壳体两侧设置有蜂窝状的正六边形弹道，弹道靠近振动头的一端设置有内挡板槽，靠近被加工齿轮的一端设置有外挡板槽，每个弹道内装有一颗弹丸，该发明利用振动头产生的径向振动，驱动弹丸在弹道内运动，冲击齿轮表面，实现超声喷丸，有效解决了超声工具头与被加工齿轮齿面距离较远，难以达到理想加工效果的问题。

中南大学提交的申请号为CN202110013310.7公开了一种超声辅助冷摆碾压成型圆锥齿轮的装置，包括：底座，底座具有开口朝上的容纳腔；下模具，用于装夹工件；超声振动变幅杆，安装于容纳腔内，包括沿一竖直轴线依次同轴设置的定位段、第一振动安装段和振动变换输出段，定位段与底座相连且周向定位，第一振动安装段安装有第一压电致动器，振动变换输出段上安装有第二压电致动器，且第一压电致动器与第二压电致动器产生的超声振动进行叠加；振动变换输出段与工件接触，用于将超声振动传递给工件。该发明容纳腔用于容纳超声振动变幅杆，再利用超声振动变幅杆上的第一压电致动器和第二压电致动器产生的超声振动并进行叠加后，产生振动能量更大的超声振动，满足加工需求。

但是，上述的超声振动辅助装置只能实现轻型刀具振动、结构简单的小型零件振动设备，而针对带有阶梯型齿轮加工的超声振动装置依然是难以解决的问题，阶梯型齿轮加工存在形状复杂、超声振动施加困难等问题。

发明内容：