電陶瓷片3，壓電陶瓷換能器段直徑30mm，壓電陶瓷片3為PZT-8，尺寸為:壓電陶瓷片3的片數(shù)為2。
[0022]所述的與滾珠絲杠16同軸聯(lián)接的驅(qū)動電機(jī)19為伺服電機(jī)，通過伺服控制器和變頻器可以驅(qū)動聯(lián)接在絲杠套15上方殼體單元內(nèi)的單激勵超聲橢圓振動系統(tǒng)進(jìn)行左右精密移動。
[0023]橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7和前蓋板5制作成一個整體零件設(shè)置在前蓋板5的前端，橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7包括直梁和斜梁構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，直梁和斜梁垂直于其中心軸線的截面均為矩形，直梁的中心軸線和超聲振動換能器的中心軸線重合，直梁的一端與超聲振動換能器的前蓋板5聯(lián)接，另一端懸伸，截面邊長為12X12mm，長72mm ;斜梁的一端和超聲振動換能器的前蓋板5偏離中心軸線的一側(cè)聯(lián)接，斜梁中心軸線和前蓋板5的聯(lián)接處距離前蓋板5的中心軸線距離為25mm，另一端和直梁的中間部位聯(lián)接，截面邊長為12 X12mm。斜梁的中心軸線和直梁的中心軸線成30夾角，直梁和斜梁與超聲振動換能器前蓋板5的聯(lián)接處均為圓弧過渡聯(lián)接，過渡圓弧半徑為5mm，斜梁的幾何中心軸線和直梁的幾何中心軸線所形成的平面與待修整的砂輪軸線在同一平面內(nèi)。
[0024]摩擦片8通過焊接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7的前端；當(dāng)超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動；并驅(qū)動摩擦片8和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端一起做超聲橢圓振動。
[0025]超聲振動換能器置于殼體單元內(nèi)，超聲振動換能器的法蘭盤6設(shè)置于套筒11的上凹止口內(nèi)，前擋板9設(shè)置在法蘭盤6的另一側(cè)，對整個超聲振動換能器起固定作用，后擋板12設(shè)置在套筒11沒有止口的另一端，
[0026]超聲振動換能器和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7聯(lián)接后的固有頻率為19.84KHz，阻抗為83歐姆，動態(tài)電阻為19歐姆，超聲電源20輸出電壓范圍為0-400V，電流范圍為0-4A，輸出頻率為19.84 ± 0.0IKHz，且超聲電源20在指定頻率范圍內(nèi)具有自動頻率跟蹤功能。
[0027]結(jié)合圖6所示，在進(jìn)行無心磨削加工時，超聲振動換能器的電極片4與超聲電源20相連，當(dāng)超聲振動換能器的電極片4接入超聲電源20輸出的電信號后，由于壓電陶瓷片3的逆壓電效應(yīng)，壓電陶瓷片3將會產(chǎn)生縱向超聲振動，即超聲振動換能器將超聲電源20輸出的電能轉(zhuǎn)換為縱向超聲振動，并驅(qū)動整個超聲振動換能器系統(tǒng)進(jìn)行縱向超聲振動，超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動；并驅(qū)動摩擦片8和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端一起做超聲橢圓振動。
[0028]由摩擦片8和托板14支撐工件10，工件10的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由工件10與摩擦片8之間的摩擦力控制，工件10圓周速度與摩擦片8接觸處的橢圓振動的線速度相同。
[0029]在進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)中，摩擦片8和相應(yīng)裝置的高度可以進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào)，在水平面上圍繞旋轉(zhuǎn)軸可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)可以保證摩擦片8、托板14、主砂輪13和工件10的正確空間幾何關(guān)系。
[0030]當(dāng)對超聲振動換能器加載電壓運(yùn)行10分鐘后，單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置達(dá)到穩(wěn)定振動狀態(tài)，此時超聲電源20的穩(wěn)定輸出電壓為60V，電流為0.8A，使用激光多普勒測振儀測得超聲橢圓振動長短半軸振幅分別為3.9微米和1.2微米，并通過具有李沙育圖形運(yùn)算功能的雙蹤示波器對激光多普勒測振儀測得的信號進(jìn)行圖形運(yùn)算，可以得到長短軸比為3.25的超聲橢圓振動軌跡，完全滿足超聲橢圓振動無心磨削的要求。
[0031]結(jié)合圖1-6所示，本實(shí)用新型是通過單激勵超聲橢圓振動系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)無心磨床中導(dǎo)向輪所起的作用，采用了機(jī)械振動模態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)理把超聲振動換能器的縱向振動轉(zhuǎn)換分解為直梁的縱向振動、斜梁的縱向振動和彎曲振動分量，最終在直梁末端和摩擦片8端面復(fù)合形成縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，結(jié)構(gòu)簡單，控制難度低，有效降低了制造、裝配難度和生產(chǎn)成本，有效避免由導(dǎo)輪21造成的圓度誤差及導(dǎo)輪21主軸造成的旋轉(zhuǎn)誤差，提高工件10旋轉(zhuǎn)精度，保證了無心磨削加工質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:該無心磨削裝置包括主砂輪、用于支撐工件的托板、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的摩擦片、聯(lián)接在殼體單元下方的絲杠套、在絲杠套內(nèi)設(shè)置的滾珠絲杠、設(shè)置于絲杠套下方的直線導(dǎo)軌、與滾珠絲杠同軸聯(lián)接的驅(qū)動電機(jī)和設(shè)置于直線導(dǎo)軌下方的底座；所述的殼體單元包括前擋板、套筒和后擋板；所述的超聲振動換能器整體呈圓柱體，其包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設(shè)置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊，所述超聲振動換能器的電極片通過電纜與超聲波電源相連接；所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器包括直梁和斜梁構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，直梁和斜梁垂直于其中心軸線的截面均為矩形，直梁的中心軸線和超聲振動換能器的中心軸線重合，直梁的一端與超聲振動換能器的前蓋板聯(lián)接，另一端懸伸；斜梁的一端和超聲振動換能器的前蓋板偏離中心軸線的一側(cè)聯(lián)接，另一端和直梁的中間部位聯(lián)接，斜梁的中心軸線和直梁的中心軸線成0-90度夾角，直梁和斜梁與超聲振動換能器前蓋板的聯(lián)接處均為圓弧過渡聯(lián)接，斜梁的幾何中心軸線和直梁的幾何中心軸線所形成的平面與待加工工件的軸線在同一平面內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和前蓋板制作成一個整體設(shè)置在前蓋板的前端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器焊接設(shè)置在前蓋板前端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:所述的摩擦片通過焊接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:還包括一個聯(lián)接螺釘，用于將摩擦片聯(lián)接在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:還包括壓板機(jī)構(gòu)，所述的摩擦片通過壓板機(jī)構(gòu)聯(lián)接在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:所述的驅(qū)動電機(jī)為伺服電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，其特征在于:所述的驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種單激勵超聲橢圓振動無心磨削裝置，包括主砂輪、用于支撐工件的托板、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的摩擦片、聯(lián)接在殼體單元上的絲杠套、在絲杠套內(nèi)設(shè)置的滾珠絲杠、設(shè)置于絲杠套下方的直線導(dǎo)軌、與滾珠絲杠同軸聯(lián)接的驅(qū)動電機(jī)和設(shè)置于直線導(dǎo)軌下方的底座。所述的殼體單元包括前擋板、套筒和后擋板；所述的超聲振動換能器包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊；所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在前蓋板的前端，為直梁和斜梁的復(fù)合結(jié)構(gòu)，該橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器可以將超聲振動換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和摩擦片的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，所述的超聲振動換能器與超聲波電源相連接。
【IPC分類】B24B5-18, B24B1-04
【公開號】CN204321752
【申請?zhí)枴緾N201420763601
【發(fā)明人】伯潔, 殷振, 李華, 汪幫富, 曹自洋, 李艷, 謝鷗, 陳玉榮, 吳雷, 許建逸
【申請人】蘇州科技學(xué)院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月9日