[发明专利]一种旋转超声磨削机床及应用

说明书

本发明属于硬脆材料超声精密加工技术领域，具体涉及一种旋转超声磨削机床，由旋转超声磨削主轴、超声波电源传输装置、主轴装夹与升降装置和零件装夹与进给装置四个部分组成；旋转超声磨削主轴包括砂轮，砂轮安装在变幅杆的输出端，在变幅杆的中部设置有变幅杆法兰，变幅杆法兰与空心套筒的端面连接，变幅杆的大端芯轴伸入空心套筒内部与换能器的输出端面连接，在换能器上设置有铜片，在换能器的外表面中部设置有定位法兰，换能器通过定位法兰与空心套筒的内表面过渡配合连接，空心套筒安装在支座内，空心套筒的末端通过联轴器与电主轴连接。本发明中磨削主轴由电主轴直接驱动，提高了磨削效率，降低了磨削力、磨削热，提高了零件加工质量。

技术领域

本发明属于硬脆材料超声精密加工技术领域，具体涉及一种旋转超声磨削机床及应用。

背景技术

金属基复合材料、陶瓷材料、硬质合金、半导体材料等硬脆材料，因其具有优异的机械、物理和化学性能，在航空航天、生物制造、微电子制造等领域中具有广泛应用。但硬脆材料属于难加工材料，存在着机械加工性能差，加工效率低，加工表面质量差，易产生裂纹和崩边等问题，导致加工成本较高，不利于这些材料的推广使用。

旋转超声磨削加工技术是一种对硬脆材料有效的复合精加工工艺。与传统磨削相比，具有降低磨削力和磨削热、减少加工损伤、提高加工效率和精度、延长磨具寿命等优点。旋转超声磨削作为一种载能特种加工方法，为硬脆难加工材料零件的精密加工开辟了一种新的途径，具有广阔的应用前景。

旋转超声磨削技术装备是旋转超声磨削工艺系统的关键，它的性能直接影响着硬脆材料的加工质量和使用性能。超声磨削刀柄的设计中大多使用的是小型砂轮或磨头，制约着超声磨削效率的提高。硬脆材料超声磨削加工工具平行砂轮、杯形砂轮、内圆磨削砂轮是大负载刀具，目前该种大负载旋转超声加工谐振系统的设计缺乏系统、有效的理论方法，生产应用中缺乏大负载旋转超声磨削砂轮谐振主轴、旋转超声磨削机床制约着硬脆难加工材料超声磨削加工技术的推广与应用，为此研制大功率旋转超声磨削机床已十分迫切。

申请号为ZL201810387090.2的发明专利于2018年提出了一种超声振动磨床，由底座、工作台、工件夹持机构和超声振动磨削机构组成。砂轮驱动电机连接砂轮共同设置在滑板上。超声波电机驱动偏心轴共振箱作为超声振动发生装置，激励滑板进行振动，最终带动砂轮实现超声振动打磨。但其砂轮超声激励的路线长、负载大，实际生产应用实施困难。

申请号为ZL201911287513.4的发明专利于2019年提出了一种超声磨削主轴。该装置在超声变幅杆节点位置利用轴承支撑，在超声变幅杆前端紧邻节点位置与砂轮直接相连，超声振动在砂轮中的传播过程中，砂轮外圆面的振动最大，进而提高了超声磨削主轴刚度和旋转精度，且连接处不发热，整体结构设计合理、紧凑。但未涉及超声磨削主轴在旋转超声磨削机床中的安装布置以及零件超声磨削的工艺应用。

申请号为ZL201810864416.6的发明专利于2018年提出了一种超声辅助磨削装置及其应用。其超声辅助磨削系统由套筒、换能器、变幅杆、砂轮、刀柄组成，可以作为通用附件，通过标准刀柄安装在立式加工中心主轴上，完成超声磨削加工。不足在于砂轮超声激励的路线长、刀柄与套筒为装配结构，影响了超声辅助磨削系统的刚度和精度。而且仅能作为机床主轴附件扩展现有机床的加工能力。不能作为磨削机床的主轴，实现零件不同表面结构的超声磨削加工。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种旋转超声磨削机床及应用。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

一种旋转超声磨削主轴，包括砂轮，所述砂轮安装在变幅杆的输出端，在所述变幅杆的中部设置有变幅杆法兰，所述变幅杆法兰与空心套筒的端面连接，所述变幅杆的大端芯轴伸入空心套筒内部与换能器的输出端面连接，在所述换能器上设置有铜片，在所述换能器的外表面中部设置有定位法兰，所述换能器通过定位法兰与空心套筒的内表面过渡配合连接，所述空心套筒安装在支座内，所述空心套筒的末端通过联轴器与电主轴连接。