本發(fā)明涉及單顆磨粒磨削領域，具體涉及一種非接觸旋轉(zhuǎn)超聲單顆磨粒磨削用的砂輪裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，陶瓷因其具有機械強度高、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良特性，因而被廣泛的應用于航空航天、汽車、通信和化工等領域。目前，由于陶瓷材料的自身特性，導致其機械加工效率低，成本很高(約占生產(chǎn)成本的50％-75％)，同時，由于加工所引起的工件表面微觀裂紋、微破碎等缺陷，極大的影響了零件的使用性能和可靠性。為了消除陶瓷加工的表面缺陷，提高陶瓷材料的加工質(zhì)量與使用性能，須改進陶瓷材料的精密加工技術(shù)。

超聲磨削技術(shù)作為特種加工技術(shù)中的一種，其獨特的加工工藝可有效的減小磨削陶瓷時的磨削力，提高加工表面質(zhì)量，減少加工面的微觀裂紋。為了給超聲振動磨削陶瓷材料的加工方法及工藝提供理論依據(jù)，需采用單顆磨粒振動磨削的方法對超聲輔助磨削陶瓷材料時的材料去除機理及材料表面裂紋的產(chǎn)生與擴展的機理進行研究。目前，超聲振動單顆磨粒磨削理論上的方法有兩種：工件振動磨削法和工具振動磨削法。工件振動磨削法的超聲單顆磨粒磨削裝置主要適用于工件結(jié)構(gòu)簡單、體積小，磨削工具尺寸較大且無法施加超聲振動的試驗研究，此種方法雖然可以進行超聲磨削機理的部分研究，但與現(xiàn)實生產(chǎn)中的工況相差較大，嚴重影響機理研究的實際性與真實性。

目前，為了提高裝備中電能傳輸部件的安全性和使用壽命，傳統(tǒng)型的接觸式(碳刷和導電集流環(huán))電能傳輸方式已逐漸被非接觸的形式所取代，即通過兩線圈的電磁感應實現(xiàn)電能的傳輸，此種技術(shù)已在手機充電器、吸塵器機器人等多個領域得到了應用。但目前，如何將這種非接觸式電能傳輸方式應用到工具振動磨削法中，則還存在很大的問題，所有大尺寸超聲振動單顆磨粒磨削砂輪均采用工件振動的方式，主要是因為單個的超聲換能器的驅(qū)動功率無法帶動整個砂輪振動，所以到目前為止還未出現(xiàn)采用非接觸式電能傳輸方式的大尺寸超聲振動單顆磨粒磨削砂輪。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種針對陶瓷材料磨削用的新型大直徑非接觸旋轉(zhuǎn)超聲單顆磨粒磨削砂輪裝置，以便對陶瓷材料的超聲輔助磨削機理進行研究，從而為超聲輔助磨削陶瓷材料在工業(yè)上的應用提供理論參考與依據(jù)。同時，利用非接觸電能傳輸?shù)姆绞綖槌曒o助磨削砂輪中的換能器供電，從而提高系統(tǒng)裝置的整體安全性與安裝的靈活性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種非接觸旋轉(zhuǎn)超聲單顆磨粒磨削裝置，包括磨床基體、設置在磨床基體上的主軸以及固定在所述主軸上的砂輪基體，其特征在于：在所述磨床基體上設置有一與所述砂輪基體相靠近的原邊磁芯安裝座，在所述砂輪基體和原邊磁芯安裝座上相對的兩個側(cè)面分別設有環(huán)形槽；在所述砂輪基體的環(huán)形槽內(nèi)設置有非接觸電能傳輸副邊線圈組件，在所述原邊磁芯安裝座的環(huán)形槽內(nèi)設置有非接觸電能傳輸原邊線圈組件；所述非接觸電能傳輸副邊線圈組件包括副邊罐型磁芯、副邊線圈和固化填充劑，所述副邊線圈用固化填充劑安裝于副邊罐型磁芯中；所述非接觸電能傳輸原邊線圈組件包括原邊罐形磁芯、副邊線圈以及固化填充劑，所述原邊線圈用固化填充劑安裝于原邊罐型磁芯中；所述原邊磁芯與副邊磁芯端面平行相對，兩者端面相對間隙為0.5-2mm；在所述砂輪基體輪緣端面設置有一個換能器安裝孔和一個動平衡孔，換能器安裝孔和動平衡孔在同一徑向上，在換能器安裝孔內(nèi)設置一個超聲換能器，在動平衡孔內(nèi)安裝平衡塊；在所述砂輪基體內(nèi)還設置有走線通道，該走線通道一端與砂輪基體的環(huán)形槽連通，該走線通道另一端與換能器安裝孔連通，所述副邊線圈的引出線經(jīng)所述走線通道與所述超聲換能器連接，所述原邊線圈導線兩端與超聲電源連接；在所述超聲換能器的端面設置有一芯軸，在芯軸的另一端設置單顆磨粒。

在所述換能器安裝孔還設置有一換能器固定壓塊，由所述的換能器固定壓塊對超聲換能器進行安裝固定。

所述原邊磁芯安裝座通過螺釘固定安裝在磨床床身擋板上。

所述超聲換能器包括前蓋板和依次套設在前蓋板螺柱上的壓電陶瓷片、電極片和后蓋板，前蓋板設有聯(lián)接用的法蘭盤；壓電陶瓷片和電極片通過前蓋板的螺柱與后蓋板的螺紋壓緊固定；芯軸通過螺紋與前蓋板連接。

在所述主軸上設置有主軸前法蘭和主軸后法蘭，所述砂輪基體設置在所述主軸前法蘭和主軸后法蘭之間。

所述單顆磨粒與所述芯軸焊接。

本發(fā)明砂輪基體材料為45鋼，砂輪基體輪緣端面圓周方向有兩個對稱圓孔，砂輪基體內(nèi)側(cè)面設有環(huán)槽。超聲換能器安裝于砂輪基體緣邊端面的圓孔內(nèi)，通過超聲換能器法蘭進行定位，由換能器固定壓塊對超聲換能器進行壓緊固定，并由非接觸電能傳輸副邊線圈組件為超聲換能器提供電能。壓電片和電極片通過前蓋板的螺釘壓緊裝夾在后蓋板與前蓋板中間，構(gòu)成超聲振動換能器能量轉(zhuǎn)換裝置，并由副邊線圈為超聲換能器提供電能。芯軸通過螺紋連接的方式固定在超聲振動換能器前蓋板的端面，單顆磨粒通過釬焊的方式焊接于芯軸的前端面。

本發(fā)明的大尺寸超聲振動單顆磨粒磨削砂輪采用非接觸電磁感應的方法進行電能傳輸，克服傳統(tǒng)碳刷電能傳輸時的碳刷磨損嚴重、打火漏電等問題。同時，本發(fā)明在原有砂輪的機體上，且不破環(huán)整個砂輪的轉(zhuǎn)動性能的基礎上，將超聲換能器內(nèi)置于砂輪基體內(nèi)，并采用芯軸將磨粒固定在超聲換能器端部，超聲換能器隨砂輪轉(zhuǎn)動，從而對工件進行單顆磨粒超聲輔助磨削。這種大尺寸超聲振動單顆磨粒磨削砂輪也彌補了使大尺寸砂輪產(chǎn)生超聲振動的應用空白。

本發(fā)明將超聲振動技術(shù)與單顆磨粒磨削砂輪相結(jié)合，將超聲換能器安裝于砂輪基體內(nèi)，并通過旋轉(zhuǎn)非接觸式電能傳輸?shù)姆椒槌晸Q能器提供電能，不僅提高了整體裝置的安全性，還為超聲輔助單顆磨粒磨削機理的研究提供了方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的非接觸旋轉(zhuǎn)超聲單顆磨粒磨削裝置的局部示意圖。

圖2是本發(fā)明中原邊磁芯安裝座前視圖。

圖3是本發(fā)明中原邊磁芯安裝座左視圖。

圖4是本發(fā)明中超聲單顆磨粒砂輪前視圖。

圖5是本發(fā)明中超聲單顆磨粒砂輪右視圖。

圖6是本發(fā)明中超聲換能器前視圖。

圖7是本發(fā)明的應用實例示意圖。

圖中標號說明：1.原邊磁芯安裝座，2.原邊罐形磁芯，3.原邊線圈，4.原邊環(huán)氧樹脂固化填充劑，5.換能器固定壓塊，6.超聲換能器，7.砂輪基體，8.副邊罐形磁芯，9.副邊線圈，10.副邊環(huán)氧樹脂固化填充劑，11.單顆磨粒，12.芯軸，13.前蓋板，14.壓電陶瓷片，15.電極片，16.后蓋板，17.主軸前法蘭，18.機床主軸，19.磨床床身擋板，20.螺釘，21.主軸后法蘭，22.工件，23.超聲電源，24.動平衡換能器。

具體實施方式

以下，結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步描述。非接觸旋轉(zhuǎn)超聲單顆磨粒磨削砂輪裝置包括旋轉(zhuǎn)端和固定端兩部分。旋轉(zhuǎn)端主要包括砂輪基體7，安裝在砂輪基體外圓端面圓孔內(nèi)的超聲換能器6，副邊罐形磁芯8，副邊線圈9，副邊環(huán)氧樹脂固化填充劑10；固定端主要包括原邊磁芯安裝座1，原邊罐形磁芯2，原邊線圈3和原邊環(huán)氧樹脂固化填充劑4。

旋轉(zhuǎn)端中的砂輪基體7材料為45鋼，結(jié)構(gòu)為外徑φ240mm、內(nèi)徑φ42mm、厚度20mm的圓環(huán)，在砂輪直徑方向?qū)ΨQ分布著直徑為14mm、深16.5mm和直徑為18.4mm、深12mm兩個臺階圓孔，砂輪基體的一側(cè)面開有深為15mm、寬為10mm的環(huán)槽，且臺階圓孔底面各有一個直徑為φ4mm的小孔與環(huán)槽相通。

超聲換能器6外輪廓為圓柱形，其主要包括前蓋板13和依次套設在前蓋板13螺柱上的壓電陶瓷片14、電極片15和后蓋板16，前蓋板13設有聯(lián)接用的法蘭盤。壓電陶瓷片14和電極片17通過前蓋板13的螺柱與后蓋板16的螺紋壓緊固定；芯軸12通過螺紋與前蓋板13聯(lián)接，單顆磨粒11則通過釬焊的方式焊接于芯軸12的前端；其中壓電陶瓷片14材料為pzt-8，尺寸為：φ10×φ5×2mm，壓電陶瓷片14的片數(shù)為2。

將超聲換能器6裝入砂輪基體7端面的臺階圓孔內(nèi)時，先將焊有單顆磨粒11的芯軸12安裝于超聲換能器6的前端，再將裝有芯軸的超聲換能器6裝入砂輪基體7端面的臺階圓孔內(nèi)，并用換能器固定壓塊5固定安裝于臺階孔內(nèi)。

副邊罐形磁芯8結(jié)構(gòu)為φ128×φ72×10.5mm的圓環(huán)，在一側(cè)端面開有φ125×φ75×8.5mm的環(huán)形槽，外圓面上在直徑方向上鉆有兩個直徑為φ4mm的圓孔，與環(huán)形槽相通。副邊罐形磁芯8通過粘接的方式安裝至砂輪基體7的環(huán)形槽內(nèi)，且在裝配時副邊罐形磁芯8的兩個孔與砂輪基體7內(nèi)直徑為φ4mm的小孔正對，作為連接超聲振動換能器6和副邊線圈9的導線連接通道。

副邊線圈9由25*0.1mm的紗包線繞制而成，為超聲換能器6提供電能，由超聲換能器的最大功率計算得到原、副邊線圈的匝數(shù)。繞制完成的副邊線圈9裝入副邊罐形磁芯8的側(cè)端面環(huán)形槽內(nèi)，線圈接線端與超聲換能器6的接線端相連接，并用副邊環(huán)氧樹脂固化填充劑10將副邊線圈9固化封裝。

原邊磁芯安裝座1結(jié)構(gòu)為環(huán)形凸臺，凸臺端面上開有與砂輪基體7端面上結(jié)構(gòu)尺寸相同的環(huán)形槽，凸臺側(cè)面鉆有直徑φ8mm的圓孔；整個固定板通過其緣邊的四個孔通過螺釘20固定安裝在磨床床身擋板19上，與砂輪基體7平行相對，兩者磁芯端面的距離為0.5-2mm。

原邊罐形磁芯2其材料、結(jié)構(gòu)尺寸與副邊罐形磁芯8相同，這里不再贅述，不同的是其外圓面上只有一個直徑為φ4mm的圓孔，與原邊磁芯安裝座1的凸臺側(cè)面φ8mm的圓孔相對，作為超聲電源23為原邊線圈3連線供電通道。原邊罐形磁芯2同樣采用粘接的方式安裝至原邊磁芯安裝座1的環(huán)形槽內(nèi)。

原邊線圈3的線徑、匝數(shù)與副邊線圈9相同。繞制完成的原邊線圈3利用原邊環(huán)氧樹脂固化填充劑4將其固化封裝至原邊罐形磁芯2的環(huán)形槽內(nèi)。

運行時，結(jié)合圖7所示，主軸轉(zhuǎn)動，帶動砂輪基于7轉(zhuǎn)動；超聲電源25與原邊線圈3相連，當超聲電源23輸出電信號時，基于電磁感應效應，原邊線圈3產(chǎn)生的交變磁場使砂輪基體7內(nèi)的副邊線圈9產(chǎn)生電能，并通過導線傳輸至超聲換能器6，超聲換能器6由于逆壓電效應，產(chǎn)生縱向的超聲振動，并帶動砂輪芯軸上的單顆磨粒產(chǎn)生超聲振動，同時結(jié)合砂輪的轉(zhuǎn)動對工件22進行超聲振動加工。