專利名稱：超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工主軸單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特種加工領(lǐng)域的一種新的復(fù)合加工方法所需的關(guān)鍵加工裝置，尤其涉
及一種超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工主軸單元。
背景技術(shù)：
目前電子工業(yè)、機械工業(yè)、航空航天工業(yè)以及核能工業(yè)等迅速發(fā)展，對高強度、高 硬度、高韌性、高脆性材料的需求越來越大，對加工技術(shù)和設(shè)備的要求越來越高。傳統(tǒng)的切 削、磨削加工技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)難以滿足日益增長的各種加工要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可實現(xiàn)高 效穩(wěn)定可靠的復(fù)合加工等優(yōu)點的超聲振動輔助磨削_脈沖放電復(fù)合加工主軸單元。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種超聲振動輔助磨削_脈沖放電復(fù)合加工主軸單元，它包括殼體，主軸穿過殼
體并與超聲振動加工裝置和傳動帶輪連接，在超聲振動加工裝置上設(shè)有電火花脈沖放電加
工和磨削加工裝置，在殼體的內(nèi)壁還設(shè)有校正支撐套筒，圓錐滾子軸承安裝在其內(nèi)側(cè)。 所述超聲振動加工裝置包括超聲波變幅桿，它的上端安裝壓電陶瓷換能片，下端
安裝電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置，在主軸上端安裝雙重可旋轉(zhuǎn)的集流環(huán)與碳刷，
同時主軸還與超聲冷卻系統(tǒng)連接。 所述超聲冷卻系統(tǒng)為循環(huán)水冷系統(tǒng)，它采用套管循環(huán)方式，包括進流套管和回流 套管，兩套管安裝在冷卻系統(tǒng)支撐架上，冷卻系統(tǒng)支撐架安裝殼體上；同時兩套管分別與相 應(yīng)的進液管道和回液管道連接，進液管道和回液管道均與射流泵連接，供液泵與射流泵連 接，射流泵通過另一回流管道與儲液箱連接。 所述電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置為安裝在超聲波變幅桿末端的砂輪，砂 輪它通過細牙螺紋安裝在超聲波變幅桿下端，在連接面上有涂覆的凡士林油，砂輪與外部 脈沖電源的陰極連接。 本發(fā)明將超聲振動加工、電火花脈沖放電加工和磨削加工有效地結(jié)合在一起，實 現(xiàn)高效穩(wěn)定可靠的復(fù)合加工。超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工過程是以脈沖放電和 磨削加工起主要材料蝕除作用的過程。復(fù)合加工過程中，脈沖放電加工和磨削加工都附加 了超聲振動。超聲波空化作用、泵吸作用和渦流作用及超聲振動產(chǎn)生的交變壓力等為電火 花加工和磨削加工的高效穩(wěn)定提供了有利的條件。 本發(fā)明可以實現(xiàn)超聲振動加工、電火花脈沖放電加工和磨削加工三種加工方法的 復(fù)合加工。其中，復(fù)合加工單元是實現(xiàn)超聲振動加工、電火花脈沖放電加工和磨削加工有效 結(jié)合，并實現(xiàn)其穩(wěn)定可靠的復(fù)合加工的關(guān)鍵裝置，它主要包括主軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、超聲振動系 統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電火花加工系統(tǒng)等。
本發(fā)明的有益效果是可以實現(xiàn)超聲振動加工、電火花脈沖放電加工和磨削加工的有效結(jié)合，可以實現(xiàn)多種形式的加工過程，即磨削加工、超聲波加工、電火花脈沖放電加 工、磨削-脈沖放電復(fù)合加工、超聲振動輔助磨削復(fù)合加工以及超聲振動輔助磨削-脈沖放 電復(fù)合加工等，結(jié)構(gòu)緊湊，過程穩(wěn)定。合理可行。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，運行可靠，可實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn) 狀態(tài)下三種加工方法的復(fù)合加工，過程穩(wěn)定，效果良好。超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合 加工有效地結(jié)合了超聲振動加工、電火花脈沖放電加工以及磨削加工。復(fù)合加工過程中，磨 削加工與電火花脈沖放電加工互為有利條件，可以顯著提高加工效率；通過調(diào)整加工參數(shù)， 可以獲得高質(zhì)量的加工表面。超聲振動可以強化磨削加工和電火花脈沖放電加工的復(fù)合加 工效果，并可以提高電火花脈沖放電加工過程的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 圖中，1砂輪，2變幅桿，3圓錐滾子軸承，4殼體，5校正支撐套筒，6壓電陶瓷換能 片，7傳動帶輪，8集流環(huán)，9碳刷，10冷卻系統(tǒng)支撐架，11回流套管，12進流套管，13回液管 道，14進液管道，15射流泵，16供液泵，17儲液箱、18回流管道。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。 如圖1 、圖2，它包括殼體4，主軸穿過殼體4并與超聲振動加工裝置連接，在超聲振 動加工裝置上設(shè)有電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置，在殼體4的內(nèi)壁還設(shè)有校正支撐 套筒5，圓錐滾子軸承3安裝在其內(nèi)側(cè)。主軸還與傳動帶輪7連接。 超聲振動加工裝置包括超聲波變幅桿2，它的上端安裝壓電陶瓷換能片6，下端安 裝電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置，在主軸上端安裝雙重可旋轉(zhuǎn)的集流環(huán)8與碳刷9， 同時主軸還與超聲冷卻系統(tǒng)連接。超聲冷卻系統(tǒng)為循環(huán)水冷系統(tǒng)，它采用套管循環(huán)方式，包 括進流套管12和回流套管ll，兩套管安裝在冷卻系統(tǒng)支撐架10上，冷卻系統(tǒng)支撐架10安 裝殼體4上；同時兩套管分別與相應(yīng)的進液管道14和回液管道13連接，進液管道14和回 液管道13均與射流泵15連接，供液泵16與射流泵15連接，射流泵15通過另一回流管道 18與儲液箱17連接。供液泵16輸出的工作液經(jīng)進流套管12進主軸內(nèi)腔，對換能器進行冷 卻，主軸內(nèi)腔的冷卻液達到回流套管11高度時，回流到射流泵15后，其中一部分回到冷卻 液儲液箱17，另一部分分流進入射流泵15，通過射流技術(shù)進入進液管道14。系統(tǒng)采用射流 泵的射流技術(shù)使冷卻液循環(huán)達到雙穩(wěn)單態(tài)，從而實現(xiàn)冷卻水對超聲波換能器的穩(wěn)定循環(huán)冷 卻。 電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置為安裝在超聲波變幅桿2末端的砂輪1。砂 輪1它通過細牙螺紋安裝在超聲波變幅桿2下端，在連接面上有涂覆的凡士林油，砂輪1與 外部脈沖電源的陰極連接。 本發(fā)明可以實現(xiàn)多種形式的加工過程，即超聲波加工、電火花脈沖放電加工、磨 削_脈沖放電復(fù)合加工、超聲振動輔助磨削復(fù)合加工以及超聲振動輔助磨削_脈沖放電復(fù) 合加工等。本發(fā)明通過壓電陶瓷換能器6把外置超聲波電源輸出的超聲頻振蕩信號轉(zhuǎn)化為 超聲振動，并通過變幅桿2調(diào)整超聲振動的振幅，來帶動安裝在變幅桿2下端的砂輪1進行超聲振動，實現(xiàn)超聲振動輔助磨削加工。砂輪l和工件分別接外置脈沖電源的正負極。磨 削加工不斷地去除表皮氧化層和砂輪1在變幅桿2的帶動下進行的超聲振動，為放電加工
提供了有利條件，可以進行超聲振動輔助磨削_脈沖放電復(fù)合加工。
其工作原理為 1、超聲振動加工系統(tǒng) 本機床工作時所需要的功率比較大，故采用水冷磁致伸縮換能器等冷卻效果較好 的超聲波換能器。為獲得較大的振幅，要求超聲波變幅桿材料聲阻抗小、疲勞強度高、易于 機械加工、抗腐蝕性好等。為提高超聲波變幅桿2的抗疲勞性及聲學(xué)性能，還要求材料的纖 維方向與傳播方向一致。超聲波變幅桿2同砂輪1的連接采用細牙螺紋的形式進行連接， 并在連接面上涂抹凡士林油，以利于更換工具并最大限度減小能量損失。
工具電極需要同時進行高精度的旋轉(zhuǎn)和超聲振動。本系統(tǒng)在主軸上端使用高精度 的旋轉(zhuǎn)集流環(huán)8與碳刷9來解決工具電極的高精度旋轉(zhuǎn)與工具超聲波信號的輸入問題，并 采用雙重集流環(huán)與碳刷的冗余設(shè)計方案。磁致伸縮換能器的電壓高，當(dāng)碳刷9和集流環(huán)8 接觸不良時極易發(fā)生放電現(xiàn)象，因此，采用彈簧支撐碳刷，使碳刷9在彈簧作用下始終和集 流環(huán)8保持良好接觸，可有效防止放電現(xiàn)象的發(fā)生。 本系統(tǒng)采用循環(huán)水冷冷卻方式，對磁致伸縮式超聲系統(tǒng)進行冷卻。超聲冷卻系統(tǒng) 采用套管循環(huán)方式，供液泵16輸出的工作液經(jīng)進液管道14進入進流套管12，然后進主軸內(nèi) 腔，對換能器進行冷卻，主軸內(nèi)腔的冷卻液達到回流套管11高度時，經(jīng)回流套管11、回液管 道13回流到射流泵15后，其中一部分回到冷卻液儲液箱17，另一部分分流進入射流泵15， 通過射流技術(shù)進入進液管道14。系統(tǒng)采用射流泵的射流技術(shù)使冷卻液循環(huán)達到雙穩(wěn)單態(tài)， 從而實現(xiàn)冷卻水對超聲波換能器的穩(wěn)定循環(huán)冷卻。
2、電火花加工系統(tǒng) 電火花加工的工件和工具分別接脈沖電源的陽極和陰極，并要求工作臺與機床本 體之間保持良好的絕緣性，因此本機床采用具有良好絕緣性、穩(wěn)定性和微小變形的花崗巖 實現(xiàn)工作臺與機床本體之間的絕緣。電火花脈沖放電加工使用的工具即磨削加工中使用的 砂輪。砂輪的結(jié)合劑具有良好導(dǎo)電性，磨粒是絕緣材料，可滿足電火花脈沖放電加工和磨削 加工同時進行。
權(quán)利要求
一種超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工主軸單元，其特征是，它包括殼體(4)，主軸穿過殼體(4)并與超聲振動加工裝置和傳動帶輪(7)連接，在超聲振動加工裝置上設(shè)有電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置，在殼體(4)的內(nèi)壁還設(shè)有校正支撐套筒(5)，圓錐滾子軸承(3)安裝在其內(nèi)側(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工主軸單元，其特征是， 所述超聲振動加工裝置包括超聲波變幅桿(2)，它的上端安裝壓電陶瓷換能片(6)，下端安 裝電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置，在主軸上端安裝雙重可旋轉(zhuǎn)的集流環(huán)(8)與碳刷 (9)，同時主軸還與超聲冷卻系統(tǒng)連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工主軸單元，其特征是， 所述超聲冷卻系統(tǒng)為循環(huán)水冷系統(tǒng)，它采用套管循環(huán)方式，包括進流套管(12)和回流套管 (ll)，兩套管安裝在冷卻系統(tǒng)支撐架(10)上，冷卻系統(tǒng)支撐架(10)安裝殼體(4)上；同時 兩套管分別與相應(yīng)的進液管道(14)和回液管道(13)連接，進液管道(14)和回液管道(13) 均與射流泵(15)連接，供液泵(16)與射流泵(15)連接，射流泵(15)通過另一回流管道 (18)與儲液箱(17)連接。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的超聲振動輔助磨削_脈沖放電復(fù)合加工主軸單元，其特征 是，所述電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置為安裝在超聲波變幅桿(2)末端的砂輪(1)， 砂輪(1)它通過細牙螺紋安裝在超聲波變幅桿(2)下端，在連接面上有涂覆的凡士林油，砂 輪(1)與外部脈沖電源的陰極連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲振動輔助磨削-脈沖放電復(fù)合加工主軸單元。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可實現(xiàn)高效穩(wěn)定可靠的復(fù)合加工等優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)為它包括殼體，主軸穿過殼體并與超聲振動加工裝置和傳動帶輪連接，在超聲振動加工裝置上設(shè)有電火花脈沖放電加工和磨削加工裝置，在殼體的內(nèi)壁還設(shè)有校正支撐套筒，圓錐滾子軸承安裝在其內(nèi)側(cè)。
文檔編號B23H11/00GK101733492SQ200910231189
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者常偉杰, 張勤河, 張建華, 朱濤, 閆鵬, 霍孟友 申請人:山東大學(xué)