[发明专利]超声辅助自旋转磨削机床主轴结构

说明书

本发明公开了超声辅助自旋转磨削机床主轴结构，包括换能器、变幅杆、主轴体、法兰盘、裙边结构部分、连接换能器的感应线圈和磨盘砂轮部分；该换能器固接变幅杆第一端，该变幅杆第二端固接主轴体第一端，该主轴体第二端固接有裙边结构部分，该磨盘砂轮部分固装在裙边结构部分，该换能器产生纵向超声振动，该纵向超声振动经变幅杆将纵向超声振动转换为径向超声振动，该裙边结构部分放大径向超声振动的振幅和振速，并带动磨盘砂轮部分径向超声振动；该主轴体中部固接有法兰盘以用于固接传动连接电机的主轴。它具有如下优点：利用超声振动辅助进行自旋转磨削加工，可减小磨削力，抑制裂纹的扩展，减小磨削损伤。

技术领域

本发明涉及超声辅助加工设备，尤其涉及一种超声辅助自旋转磨削机床主轴结构。

背景技术

硬脆性材料如工程陶瓷、玻璃、水晶及半导体晶体等因具有良好的机械化学性能而被广泛应用于光学、航空航天、半导体及微电子等领域。硬脆性材料的高硬度和高脆性使得其被加工十分困难，磨削作为一种高效精密加工方法而被广泛应用于硬脆性材料的加工。然而，在硬脆性材料的磨削过程中一直存在着一个挑战，即为了提供磨削效率需选用较大粒度的金刚石砂轮，而粗粒度金刚石砂轮则会带来较大的表面和亚表面损伤。为了减小加工损伤提供磨削表面质量，需选用细粒度金刚石砂轮，然而，采用细粒度金刚石砂轮不仅效率低，且砂轮在磨削过程中容易堵塞。

超声振动辅助磨削是一种复合加工，是在传统磨削基础上将超声振动施加在工件或工具上，是传统磨削与超声振动共同作用的结果。虽然在不同方向施加超声振动的效果有所不同，但通常情况下，超声振动辅助磨削硬脆性材料不仅可以大大提高加工效率，还可以减小加工损伤，提高加工质量，防止砂轮堵塞等优点。因此，超声振动辅助磨削是实现硬脆性材料高效精密加工的一种有效方法。然而，超声振动辅助磨削技术在硬脆性材料的加工生产实际中应用却非常有限，限制超声振动辅助磨削技术广泛应用的主要瓶颈在于超声辅助磨削机床开发，而超声辅助磨削机床的核心又在于超声振动辅助磨削机床主轴的设计与制备。

自旋转磨削是硬脆性材料加工的一种常用方法，尤其是在半导体衬底的平坦化加工和背面减薄加工中应用更为广泛。然而在这些应用中，都要求获得较高的表面质量，尽可能的表面和亚表面损伤。为了同时获得较高的表面质量和较高的磨削效率，超声振动辅助自旋转磨削将是非常有效的方法。然而目前市场上还没有成熟的超声振动辅助自旋转磨削机床，同时针对超声振动辅助自旋转磨削机床主轴的研究也相对较少。因此，设计超声振动辅助自旋转磨削机床主轴，并开发超声振动辅助自旋转磨削机床显然是十分重要的。

目前针对超声振动辅助自旋转磨削机床主轴设计方面的专利有“一种可实现端面超声辅助研磨和抛光的磨头(专利号：ZL201510492706.9)”、“一种大尺寸径向超声辅助端面磨削磨盘(专利号：ZL201510492598.5)”和“一种大尺寸轴向超声辅助端面磨削磨盘(专利号：ZL201510492638.6)”，然而，这三个专利主要采用拼接法实现磨盘的轴向超声振动和径向超声振动。但采用拼接法制作的超声磨盘存在结构复杂，装配精度较低，装卸不方便等缺点。因此，开发一种结构简单、装卸方便且精度高的超声振动辅助自旋转磨削机床主轴显得十分必要。

发明内容

本发明提供了超声辅助自旋转磨削机床主轴结构，其克服了背景技术中所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

超声辅助自旋转磨削机床主轴结构，包括换能器、变幅杆、主轴体、法兰盘、裙边结构部分、连接换能器的感应线圈和磨盘砂轮部分；该换能器固接变幅杆第一端，该变幅杆第二端固接主轴体第一端，该主轴体第二端固接有裙边结构部分，该磨盘砂轮部分固装在裙边结构部分，该换能器产生纵向超声振动，该纵向超声振动经变幅杆将纵向超声振动转换为径向超声振动，该裙边结构部分放大径向超声振动的振幅和振速，并带动磨盘砂轮部分径向超声振动；该主轴体中部固接有法兰盘以用于固接传动连接电机的主轴。

一实施例之中：该变幅杆第一端为宽截面一端，该变幅杆第二端为窄截面一端。