[发明专利]一种基于振动叠加的大振幅超声振动辅助磨削装置及其运行工艺

说明书

本发明涉及一种基于振动叠加的大振幅超声振动辅助磨削装置及其运行工艺，该装置主要由多级振动组合部件和支撑壳体部件组成，多级振动组合部件固定于支撑壳体部件上；所述支撑壳体部件包括支撑基座和上盖壳体；所述多级振动组合部件主要包括1级振动单元和2级振动单元，两者有相同的谐振频率，1级振动单元和2级振动单元均由压电陶瓷换能器和振动体组成；1级振动单元的振动体结构尺寸满足全波长谐振设计要求，2级振动单元的振动体结构尺寸满足半波长谐振设计要求；通过1级振动单元和2级振动单元的振动叠加，实现振幅的增大，从而在磨削加工过程中达到断续切削的目的，同时可增大轨迹重叠率，提高表面质量。

技术领域

本发明属于磨削加工技术和特种加工技术领域，尤其涉及一种基于振动叠加的大振幅超声振动辅助磨削装置。

技术背景

超声振动辅助磨削加工是在传统磨削加工的基础上，通过对砂轮或工件施加一维或多维超声振动实现材料去除的一种复合加工技术，是解决难加工材料加工难题的一种有效方法之一。在超声振动辅助磨削过程中，超声振动使得磨粒与工件材料之间存在断续切削，减小了摩擦力，进而降低了磨削力。同时断续切削使得切削液进入磨削弧区，可降低磨削温度，抑制磨削表面热损伤。此外，超声振动的高加速度冲击作用使得磨粒的自锐作用增强，加之磨粒轨迹的重叠切削，表面加工质量和砂轮的使用寿命得以提高。

超声磨削控制工艺参数主要包括超声频率和振幅。由于超声频率是定值，发挥超声振动的优势，需要较大的超声振幅调节范围。目前，超声振动辅助磨削装置的超声振幅可调节范围有限，不利于提高临界振动切削速度，无法在磨削过程中使用较大的进给速度，从而达到提高材料去除率的效果；而且小振幅不利于提高磨粒切削轨迹之间的重叠率，无法有效地提升加工表面质量。

发明人所得专利号为2020102941575的授权专利公开了一种大振幅的超声振动平台，该平台的压电陶瓷换能器在外界激励电压作用下产生纵向超声振动，并将纵向超声振动通过纵向振动变幅杆放大，经过放大的超声振动传递至弯曲振动变幅杆，使得弯曲振动变幅杆两侧末端产生弯曲振动，2级纵向振动变幅杆将弯曲振动转换为纵向振动，并将振幅放大，最终纵向振动传递至工作台的后端，使得工作台后端有较大的振幅。该发明结构简单，便于控制，可用于超声振动辅助加工中需要大振幅的场合，其解决了现有技术中，在一些需要超声大振幅的场合，就需要大功率的超声振动系统，增加超声振动系统的空间体积，不便于应用的缺陷。

申请人于2021.04.13申请的申请号为CN202110395336.2的专利申请文件公开了一种单向超声辅助成形磨削装备及操作方法，属于复合加工中超声辅助加工领域。该装备的两个夹持固定部件夹持工件的两端，超声波换能器通过双头螺柱与其中一个夹持固定部件连接，与超声换能器连接的夹持固定部件传递超声振动，所述夹持固定部件的伸长杆两端分别与超声换能器与双翼状夹具连接，伸长杆夹持在上、下夹板之间，且固定在机床的加工平台上。夹持点位于振动节点处。在工作状态下，双翼状夹具的双翼渐变结构大幅抑制工件非加工方向上的超声振动，使工件产生单向振动；可以适应不同长度工件的加工需求；可在不拆卸超声辅助成形磨削装备整体下，实现工件的四面加工。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种基于振动叠加的大振幅超声振动辅助磨削装置，利用多个振动单元的叠加，增大超声振幅，可应用于高速磨削加工场合，是对发明人申请号为2020102941575、名称为一种大振幅的超声振动平台的授权专利；申请号为CN202110395336.2，一种单向超声辅助成形磨削装备及操作方法的技术改进。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于振动叠加的大振幅超声振动辅助磨削装置主要由多级振动组合部件和支撑壳体部件组成；支撑壳体部件包括上盖壳体和支撑基座；多级振动组合部件主要包括1级振动单元和2级振动单元。

1级振动单元和2级振动单元均由压电陶瓷换能器和振动体组成，压电陶瓷换能器与振动体均通过双头螺柱连接，且压电陶瓷的激励频率与振动体的谐振频率相同。