[发明专利]一种用于超声加工的组合砂轮及其设计方法

权利要求书

1.一种用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，包括：

外层磨环，其上端具有中心锥孔和多个位于中心锥孔周向外侧的外层磨环通水孔，其下端具有与中心锥孔和外层磨环通水孔连通且下端敞开的外层磨环腔，与外层磨环腔所对应的外层磨环外壁具有多个与外层磨环腔连通的外层磨环斜槽，其中，外层磨环斜槽的槽口位于外层磨环下端面；

连接锥柄，其下端具有由中心锥孔伸入至外层磨环腔且与中心锥孔锥面配合的锥柄部，所述锥柄部位于外层磨环腔内的锥段外壁螺纹连接有锥形或圆螺母，所述螺母上端面与外层磨环腔上端内壁贴合；

连接法兰，其位于锥柄部外侧且固定在外层磨环腔上端内壁上，其具有中心锥形通孔；

以及，内层振动单元，其具有与中心锥形通孔锥面配合的锥面和通过螺钉与连接锥柄连接的中心孔。

2.根据权利要求1所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述外层磨环斜槽以所述外层磨环的轴线为轴均匀分布，且所述外层磨环斜槽的倾斜角度为0°～90°，宽度为1～10mm，槽深与槽宽比值为1～10。

3.根据权利要求1所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述连接锥柄为由同轴的圆柱柄部和锥柄部构成的台阶轴，所述圆柱柄部位于所述锥柄部上端且用于与超声刀柄连接；

所述圆柱柄部外壁设有一段与退刀螺母连接的外螺纹；

所述锥柄部位于外层磨环腔内的锥段外壁具有工艺槽；

外层磨环与连接锥柄杆配合后，所述工艺槽上部位于中心锥孔内，所述工艺槽下部位于所述外层磨环腔内。

4.根据权利要求1所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述连接法兰包括法兰端面和位于所述法兰端面下端的环形夹持部；

所述法兰端面具有与所述中心锥形通孔同轴的环槽，所述环槽沿所述连接法兰轴向延伸至所述夹持部且将所述法兰端面分隔成法兰内环端面和法兰外环端面，法兰内环端面比法兰外环端面低；

所述环形夹持部具有延伸至法兰内环端面且构成所述中心锥形通孔的夹持部锥孔，所述环形夹持部周向均匀设置有多个直槽，所述直槽的延伸方向与所述连接法兰的轴向平行且槽口位于所述环形夹持部的下端面；

所述夹持部锥孔的锥角为45°～90°。

5.根据权利要求4所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述法兰外环端面周向均匀设置有多个工艺隔离槽，且工艺隔离槽与所述外层磨环节径模态的节径位置对应；

所述工艺隔离槽呈扇形，深度为0.1mm～3mm，圆心角为0°～90°。

6.根据权利要求4或5所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述法兰外环端面与所述环形夹持部外壁之间设有圆角，所述圆角下端比所述环槽槽底低1mm以上。

7.根据权利要求3所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述退刀螺母具有与所述圆柱柄部间隙配合的导向孔和与所述外螺纹配合的内螺纹。

8.根据权利要求1所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述内层振动单元为主动散热盘，所述主动散热盘包括盘体，所述盘体具有所述中心孔和多个位于所述中心孔周向外侧的主动散热盘通水孔；所述主动散热盘通水孔外侧的所述盘体上设有与所述盘体同轴的环形凸起，所述环形凸起的外壁构成与中心锥形通孔锥面配合的锥面；所述环形凸起的外壁与所述盘体之间设有主动散热盘退刀槽。

9.根据权利要求1所述的用于超声加工的组合砂轮，其特征在于，所述内层振动单元为辅助内层磨环，其上端具有所述中心孔和多个位于所述中心孔周向外侧的内层磨环通水孔，其下端具有与所述中心孔和内层磨环通水孔连通的内层磨环腔，所述辅助内层磨环上侧外壁构成与中心锥形通孔锥面配合的锥面，所述辅助内层磨环下端面具有多个内层磨环排屑槽；

所述辅助内层磨环下侧外壁设有环形凸起，所述环形凸起的上端面与圆柱形腔下端位于同一平面内，所述环形凸起的周向设有与内层磨环排屑槽连通的竖直槽；

所述辅助内层磨环上侧外壁与所述环形凸起上端面之间设有退刀槽。

10.一种如权利要求1所述的用于超声加工的组合砂轮的设计方法，其特征在于具有如下步骤：

由加工要求，确定组合砂轮的振动模态，当需要较大振幅时，外层磨环选择节圆模态，当需要较小的振幅时外层磨环选择节径模态；

根据已确定的工作模态，设计外层磨环尺寸，使其在工作频率下实现所需模态；根据外层磨环的尺寸确定内层振动单元的尺寸，使其能够装入外层磨环腔内且有合适的轴向调整量；

根据内层振动单元和外层磨环的尺寸确定连接锥柄的尺寸，保证内层振动单元和外层磨环连接后外层磨环与锥柄接触处是超声波长的节点位置，且内层振动单元有合适的轴向调整量；

确定外层磨环通水孔位置：外层磨环通水孔位置与外层磨环节径模态时的节径位置重合；

根据外层磨环工作模态设计连接法兰：连接法兰可分为节圆式与节径式，分别适用于外层磨环的节圆模态和节径模态；节圆式连接法兰内环直径大于外层磨环节圆直径；节径式连接法兰的端面在对应外层磨环节径处开隔离槽；

将设计完成的各零部件装配，即得到用于超声加工的组合砂轮。