旋转超声磨削装置结构设计

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1、超声磨削装置旋转超声磨削装置结构设计1绪论1.1超声的发展史超声波是指频率高于人耳听觉上限的声波。一般来讲，人耳可以听到的声波的频率范围约为16~20KHz。因此，人们常把高于20KHz的声波称为超声波。而在实际应用种，有些超声技术使用的频率可能在16KHz以下。早在1830年，为了探讨人耳究竟能够听到多高的频率，F.Savart曾用一个多齿的轮首次产生了频率为2x104HZ的超声，但人们一般却认为，首次有效产生高频声的，应是1876年F.Galton的气哨实验。第一次世界大战期间，P.Langevin发明了石英晶体换能器，用来

2、在水中发射和接收频率较低的超声波，开始了人类真正科学的开展超声技术的研究。超声具有许多独特的性质和优点，如频率高、波长短、在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性、并在液体介质中传播时可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。因此，近年来，随着科学技术的发展，超声技术发展极为迅速，应用领域非常广泛。目前，其应用遍及航空、航海、国防、生物工程以及电子等领域，在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。1.2超声加工的原理及特点旋转超声磨削的加工原理如图1-1所示，其中，压电陶瓷换能器用于将从外部接入的高频电振荡信号（由220V或380

3、V的交流电经超声波发生器转换而成）转换为超声频机械振动；由于压电陶瓷换能器产生的振幅较小（大约有5μm），一般不能满足需求，需用变幅杆将换能器的振动振幅放大后（振幅为20～30μm）再传至磨削工具，磨削工具在由电机驱动做旋转运动的同时也做纵向超声振动，其振动方向如下图中的箭头所示。变幅杆超声波发生器超声换能器磨削工具工件超声振动方向图1-1旋转超声磨削的原理25超声磨削装置加工过程中，磨削工具既做旋转运动又做纵向超声振动，磨粒直接作用在工件上，可以看出，磨粒与工件是永久性接触的，不存在速度与工件表面分离的特点，因此文中所研究的旋

4、转超声磨削并没有脱离传统的机械磨削。并可知磨削工具上的单颗磨粒在磨削平面上的运动轨迹为纵向的正弦运动和砂轮线速度横向的直线运动的合成运动轨迹，因此相对于普通磨削（无超声振动），磨粒在工件表面刻划出的痕迹较长。研究表明，旋转超声磨削既能保留传统磨削的较好的磨削特性，又能大幅度提高加工效率，且能有效改善不锈钢、复合材料等难加工材料磨削表面质量。国际生产工程学会在第42届CIRP大会上，将超声振动应用于磨削加工作为下一代精密加工的发展方向之一。旋转超声加工是在传统超声加工基础上发展而来的。它与传统超声加工的不同之处在于：工具在做超声振

5、动的同时附加了旋转运动，从而使工具上的磨粒不断冲击和划擦工件表面。因此可以说，旋转超声加工是一种将传统的超声技术和传统机械加工相结合的方法。目前，旋转超声加工主要应用于超声钻孔、套料、超声螺纹加工、超声铣削以及超声磨削加工等几个方面。国内外研究结果表明，由于这种加工方法把传统加工的一些优良性能与工具的超声频振动结合在一起，与常规钻孔和采用游离磨料的传统超声加工方法相比，具有以下特点：1）加工速度快。例如，在光学玻璃上加工直径为6mm的孔，加工速度可达100mm/min以上。同样条件下，旋转超声加工RUM加工速度是传统USM的10

6、倍，是传统磨削的6~10倍。2）超声振动减小了工具与加工表面的磨擦系数，切削力小，排屑通畅。钻孔加工时，不需退刀排屑，可一次进刀完成，易实现机械化。3）由于所需的切削力小，可在工件的边、角处钻孔，而不产生破裂。4）对材料的适应性广。可用于脆性材料（如玻璃、石英、陶瓷、YAG激光晶体、碳纤维复合材料等）的钻孔、套料、端铣、内外圆磨削及螺纹加工等。特别适用于深小孔和细长棒套料（已在玻璃上加工出直径为1.6mm，深100mm以上的孔）。5）可大大提高加工精度和改善表面质量，而且工具磨损减小，使用寿命延长。1.3工程陶瓷材料的使用价值及

7、加工技术陶瓷材料一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末(如黏土、高岭土等)为原料生产的产品。因为原料的成分混杂和产品的性能波动大，仅用于餐具、日用容器、工艺品以及普通建筑材料(如地砖、水泥等)，而不适用于工业用途。现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能，通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料，主要用于高温和腐蚀介质环境，是现代材料科学发展最活跃的领域之一下面对现代技术陶瓷三个主要领域:结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷作一简单介绍。一、结构陶瓷25超声磨削装置同金属材料相比，陶瓷的最大优点是优

8、异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3)，因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类;氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。1、