[发明专利]纵-扭-径复合空间体椭圆振动超声磨削装置设计方法

权利要求书

1.一种纵-扭-径复合空间体椭圆振动超声磨削装置设计方法，该超声磨削装置包括固定螺栓、反射端、电极片、压电陶瓷片、变幅器连接螺栓和砂轮，其设计过程包括以下步骤：（1）设计整体结构和零件排布；（2）设计变幅器和螺旋槽结构；（3）设计砂轮盘结构；（4）优化各部分结构。

2.根据权利要求1所述的纵-扭-径复合空间体椭圆振动超声磨削装置设计方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述设计整体结构和零件排布的具体方法包括：所述整体长度应该满足半波长规律；所述固定螺栓依次将所述反射端、电极片、压电陶瓷片串联，所述固定螺栓通过螺纹旋合与所述变幅器连接；所述陶瓷片选择两片或者四片，电极片数量与陶瓷片一致，两者交错分布。

3.根据权利要求1所述的纵-扭-径复合空间体椭圆振动超声磨削装置设计方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述设计变幅器和螺旋槽结构的具体方法包括：所述变幅器通过设计不同的变幅器两端半径控制放大系数；所述螺旋槽应设置于所述变幅器中部，在圆周方向均匀分布；所述陶瓷片产生的纵向振动遇到所述螺旋槽结构由于模态转换作用，一部分振动保持纵振不变，另一部分转换为扭转振动；调整所述螺旋槽的数量、旋向、角度、槽宽、槽深等参数在输出端得到纵-扭复合振动。

4.根据权利要求1所述的纵-扭-径复合空间体椭圆振动超声磨削装置设计方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述设计砂轮盘结构的具体方法包括：所述砂轮盘应设置于所述变幅器的小端，通过所述固定螺栓与所述变幅器连接；经过所述变幅器放大和所述螺旋槽模态转换得到的纵-扭振动在通过砂轮盘时，能够在所述砂轮盘表面输出径向振动，根据薄板振动理论选择合适的所述砂轮盘厚度和半径能够控制径向振动的大小；最终纵-扭-径三向振动激励砂轮盘在空间中作椭圆运动。

5.根据权利要求1所述的纵-扭-径复合空间体椭圆振动超声磨削装置设计方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述优化各部分结构的具体方法包括：按照所述的前四个步骤中设计得到的装置各部分结构，在三维建模软件中建立结构模型，导入仿真软件通过仿真得到所述结构单激励空间椭圆振动超声磨削装置振动模态，选取所述砂轮盘边缘一点输出随时间变化的空间运动轨迹；修改所述变幅器参数控制纵向振动，修改所述螺旋槽参数控制扭转振动，修改所述砂轮盘参数控制径向振动，根据仿真结果优化得到所述边缘一点在空间中做椭圆运动。