[实用新型]基于局部共振理论的超声平面磨削系统

说明书

本实用新型公开了一种基于局部共振理论的超声平面磨削系统，包括反射端、压电陶瓷片、铜电极、变幅杆、砂轮盘、预应力螺栓和压紧螺帽。所述预应力螺栓、反射端、压电陶瓷片、和变幅杆组成子系统A,所述砂轮盘作为子系统B，所述变幅杆输出端面积与所述砂轮盘接收端面积之比小于10%，所述子系统A及系统B利用局部共振理论分别设计。整个系统设计完成后能以砂轮盘的固有频率发生局部共振，激振频率调为砂轮盘固有频率附近时即可实现超声辅助下的平面磨削加工，将预应力螺栓、变幅杆开设中空冷却通道，使加工系统进行中空冷却，便于切削排出并减小系统温升。

技术领域：

本实用新型涉及一种超声振动磨削系统，特别是涉及一种基于局部共振理论的超声平面磨削系统。

背景技术：

超声振动加工是在普通切削、磨削、钻削等加工方法的基础上对刀具或工件施以高频振动而形成的加工技术。其应用越来越广，辅助加工种类越来越多。

对于振动系统的设计方法繁多，当前大多采用全谐振理论进行设计，若工具负载较小时，将其看做质量负载，利用等效质量法进行全谐振设计可取得较好设计效果；而对于大负载刀具，如超声平面磨削中的砂轮盘，等效质量法不再适用。变幅杆大小受刀柄尺寸的限制，砂轮盘大小由实际加工决定，相对于由刀柄尺寸限制的变幅杆来说，砂轮盘的负载较大，采用全谐振理论设计步骤繁琐，频率方程极其复杂且难以求解，而且采用全谐振求解出来的砂轮盘尺寸值未必满足加工要求。对于大负载下的超声振动磨削系统来说，当前急需一种较为简便的设计方法且设计结果能满足加工要求。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于局部共振理论设计的且能根据加工要求确定砂轮盘直径的基于局部共振理论的超声平面磨削系统。

本实用新型的技术方案是：

一种基于局部共振理论的超声平面磨削系统，包括反射端、压电陶瓷片、铜电极、变幅杆、砂轮盘、预应力螺栓和压紧螺帽，所述预应力螺栓、反射端、压电陶瓷片、铜电极和变幅杆组成子系统A,所述砂轮盘作为子系统B，所述变幅杆输出端面积与所述砂轮盘接收端面积之比小于10%，所述子系统A及子系统B利用局部共振理论分别设计，子系统A和子系统B通过所述预应力螺栓和压紧螺帽固定在一起，整个系统能以砂轮盘的固有频率发生局部共振，从而实现局部共振状态下的超声平面磨削。

所述超声变幅子系统A中变幅杆、压电陶瓷片、反射端采用一体式设计，通过预应力螺栓相连，使变幅杆替代了传统换能器中的前盖板，减小了变幅子系统A的整体尺寸；所述子系统A设计完成后需老化处理，以提高稳定性；所述变幅杆形状可采用直形或锥形，变幅杆上可开设螺旋槽，所述螺旋槽个数为两个或四个多种形式。

所述变幅杆的输出端设有一段螺纹柱，砂轮盘的中心处设有与螺纹柱直径相匹配的通孔，砂轮盘末端镀有满足加工要求的磨粒且砂轮盘可根据实际加工情况设计为杯形、碟形等多种形式，螺纹柱由通孔穿过砂轮盘并与压紧螺帽相连，从而使子系统A与子系统B相耦合；所述砂轮盘形状为杯形或碟形，输出端为一平面；所述砂轮盘可做镂空处理，即将砂轮盘局部进行切除，改为腹板型砂轮。

相邻两个所述压电陶瓷片的接触面极性相同，中间设有电极片，所述压电陶瓷片可用两片或四片；由于逆压电效应的存在，受到电压激励后压电陶瓷片产生形变，并将振动向两端传递。

所述反射端前后端面、预应力螺栓与反射端接触面、变幅杆与压电陶瓷片接触面、变幅杆与砂轮盘接触面、预应力螺帽和砂轮盘接触面，均需要精密研磨，以使声波有效传递、减小系统温升、提高传输效率；所述变幅杆在节点位置处设有法兰盘，所述法兰盘开设隔振槽，所述隔振槽底部穿过法兰盘中间平面，以减小法兰盘振动，提高加工精度。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用局部共振理论分别对振动子系统进行单独设计，设计值由加工条件所确定，避免了全谐振设计时复杂繁琐的求解过程和砂轮盘的直径或厚度未必能达到加工要求的问题。