[发明专利]内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置及方法

说明书

本发明属于回转体零件内孔沟槽壁面的高效、高质量和高精度抛光技术领域，具体是一种内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置及方法。包括车床、内孔沟槽回转体零件和超声振动辅助砂轮磨削系统，所述的车床的三爪卡盘用于固定内孔沟槽回转体零件；车床的刀架系统用于紧固超声振动辅助砂轮磨削系统；所述的超声振动辅助砂轮磨削系统包括超声波发生器、压电换能器、变幅杆、外壳、调整后座、调整外壳、调整垫块、砂轮连杆、磨削砂轮和盲孔垫块。本发明克服了传统砂轮磨削内孔沟槽温度高、磨削力大和容易产生振动和噪声的缺点，可获得的表面质量和加工效率更高。

技术领域

本发明属于回转体零件内孔沟槽壁面的高效、高质量和高精度抛光技术领域，具体是一种内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置及方法。

背景技术

内孔沟槽回转体零件如液压缸、增压杆、制退器以及内燃机和压缩机活塞等广泛应用于航空航天、车辆船舶和信息电子技术等工业领域。内孔沟槽是回转体零件内表面的特殊几何形状，通常槽宽5-30mm，槽深10-20mm，其材料多为硬度较高的40Cr、45Cr和30CrMnSi等，已成为高性能零件表面光整加工面临的一大难题。内孔沟槽侧壁和底面的表面缺陷严重影响产品润滑、表面质量、寿命及可靠性，因此，在使用之前必须对其进行精密抛光。

现有内孔沟槽抛光方法主要有手工抛光、砂轮磨削、磁性磨具抛光和超声波抛光等，其中手工抛光为最常用的抛光方法。手工抛光使用砂纸对沟槽槽壁缺陷进行反复摩擦，对沟槽侧壁抛光效果较好，而对沟槽底部抛光效率较低。采用砂轮磨削内孔沟槽不但加工效率高，而且加工出的沟槽具有较高的轮廓精度。郑州市钻石精密制造有限公司(CN201910228146 .4)公开了一种砂轮磨削装置、机床及内孔沟槽的加工方法。该方法使用沿轴向悬伸到待加工孔中的磨削臂，通过传动机构对沟槽进行磨削加工。但是砂轮磨削沟槽时，磨削温度较高、磨削力较大，并且容易产生振动和噪声，从而损伤沟槽表面质量。磁性磨具抛光是利用磁极吸附磨料形成磁刷，对槽壁进行磁性研磨加工，可同时实现槽侧壁和底面的有效去除，但是该方法适应范围小、加工时间长、加工效率较低，难以大规模工业应用。山东华云机电科技有限公司(CN201310373981.X)发明了一种用于孔槽表面超声波加工的装置，利用横向体振动换能器使得工具头对孔槽侧面产生高频振动。但是这种加工方法主要适用于工件尺寸较小的内孔或槽，难以对回转体零件的内孔沟槽进行精密抛光。

发明内容

本发明为了解决现有回转体零件内孔沟槽抛光效率低、表面质量差和加工时间长等问题，提供一种内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置及方法。

本发明采取以下技术方案：一种内孔沟槽超声振动辅助砂轮磨削加工装置，包括车床、内孔沟槽回转体零件和超声振动辅助砂轮磨削系统，所述的车床的三爪卡盘用于固定内孔沟槽回转体零件；车床的刀架系统用于紧固超声振动辅助砂轮磨削系统；所述的超声振动辅助砂轮磨削系统包括超声波发生器、压电换能器、变幅杆、外壳、调整后座、调整外壳、调整垫块、砂轮连杆、磨削砂轮和盲孔垫块，超声波发生器与压电换能器通过导线连接，压电换能器设置在外壳内，压电换能器与变幅杆大端连接，变幅杆外表面还设置有法兰盘，法兰盘与外壳通过螺栓连接，压电换能器、变幅杆和外壳开有对应的等径通孔，变幅杆小端开有内螺纹；调整后座一端与变幅杆小端通过螺纹连接，另一端与调整外壳通过螺纹连接；调整后座内部开口通孔，通孔设有喉结；调整后座和调整外壳内部还放置有调整垫块；调整垫块随着调整后座与调整外壳的螺纹紧固作用将砂轮连杆固定；砂轮连杆一端焊接有盲孔垫块，盲孔垫块置于调整后座的喉结处，并在调整垫块的挤压下固定；砂轮连杆另一端穿过调整垫块与磨削砂轮连接。

还包括高精度位移传感器，高精度位移传感器穿过压电换能器、变幅杆和外壳的通孔与盲孔垫块通过磁力连接；数据分析仪与高精度位移传感器通过导线连接，用于监测砂轮连杆的径向和轴向位移。