本發(fā)明涉及單顆磨粒磨削領(lǐng)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(jī)械強(qiáng)度高、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良特性，因而被廣泛的應(yīng)用于航空航天、汽車、通信和化工等領(lǐng)域。目前，由于陶瓷材料的自身特性，導(dǎo)致其機(jī)械加工效率低，成本很高(約占生產(chǎn)成本的50％-75％)，同時(shí)，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(jìn)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(dú)特的加工工藝可有效的減小磨削陶瓷時(shí)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(dòng)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(dòng)磨削的方法對(duì)超聲輔助磨削陶瓷材料時(shí)的材料去除機(jī)理及材料表面裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展的機(jī)理進(jìn)行研究。目前，超聲振動(dòng)單顆磨粒磨削理論上的方法有兩種：工件振動(dòng)磨削法和工具振動(dòng)磨削法。工件振動(dòng)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(jiǎn)單、體積小，磨削工具尺寸較大且無(wú)法施加超聲振動(dòng)的試驗(yàn)研究，此種方法雖然可以進(jìn)行超聲磨削機(jī)理的部分研究，但與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的工況相差較大，嚴(yán)重影響機(jī)理研究的實(shí)際性與真實(shí)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(dǎo)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(guò)兩線圈的電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，此種技術(shù)已在手機(jī)充電器、吸塵器機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。但目前，如何將這種非接觸式電能傳輸方式應(yīng)用到工具振動(dòng)磨削法中，則還存在很大的問(wèn)題，所有大尺寸超聲振動(dòng)單顆磨粒磨削砂輪均采用工件振動(dòng)的方式，主要是因?yàn)閱蝹€(gè)的超聲換能器的驅(qū)動(dòng)功率無(wú)法帶動(dòng)整個(gè)砂輪振動(dòng)，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(dòng)單顆磨粒磨削砂輪。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種針對(duì)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(duì)陶瓷材料的超聲輔助磨削機(jī)理進(jìn)行研究，從而為超聲輔助磨削陶瓷材料在工業(yè)上的應(yīng)用提供理論參考與依據(jù)。同時(shí)，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(wèn)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(shè)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(shè)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(duì)的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)有環(huán)形槽；在所述砂輪基體的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)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(shè)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(duì)，兩者端面相對(duì)間隙為0.5-2mm；在所述砂輪基體輪緣端面設(shè)置有一個(gè)換能器安裝孔和一個(gè)動(dòng)平衡孔，換能器安裝孔和動(dòng)平衡孔在同一徑向上，在換能器安裝孔內(nèi)設(shè)置一個(gè)超聲換能器，在動(dòng)平衡孔內(nèi)安裝平衡塊；在所述砂輪基體內(nèi)還設(shè)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(dǎo)線兩端與超聲電源連接；在所述超聲換能器的端面設(shè)置有一芯軸，在芯軸的另一端設(shè)置單顆磨粒。

在所述換能器安裝孔還設(shè)置有一換能器固定壓塊，由所述的換能器固定壓塊對(duì)超聲換能器進(jìn)行安裝固定。

所述原邊磁芯安裝座通過(guò)螺釘固定安裝在磨床床身?yè)醢迳稀?/p>

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

在所述主軸上設(shè)置有主軸前法蘭和主軸后法蘭，所述砂輪基體設(shè)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(gè)對(duì)稱圓孔，砂輪基體內(nèi)側(cè)面設(shè)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(guò)超聲換能器法蘭進(jìn)行定位，由換能器固定壓塊對(duì)超聲換能器進(jìn)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(guò)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(dòng)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(guò)螺紋連接的方式固定在超聲振動(dòng)換能器前蓋板的端面，單顆磨粒通過(guò)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(dòng)單顆磨粒磨削砂輪采用非接觸電磁感應(yīng)的方法進(jìn)行電能傳輸，克服傳統(tǒng)碳刷電能傳輸時(shí)的碳刷磨損嚴(yán)重、打火漏電等問(wèn)題。同時(shí)，本發(fā)明在原有砂輪的機(jī)體上，且不破環(huán)整個(gè)砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)性能的基礎(chǔ)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(dòng)，從而對(duì)工件進(jìn)行單顆磨粒超聲輔助磨削。這種大尺寸超聲振動(dòng)單顆磨粒磨削砂輪也彌補(bǔ)了使大尺寸砂輪產(chǎn)生超聲振動(dòng)的應(yīng)用空白。

本發(fā)明將超聲振動(dòng)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(guò)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(jī)理的研究提供了方法。

附圖說(shuō)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(yīng)用實(shí)例示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)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(shù)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(shù)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(jī)床主軸，19.磨床床身?yè)醢澹?0.螺釘，21.主軸后法蘭，22.工件，23.超聲電源，24.動(dòng)平衡換能器。

具體實(shí)施方式

以下，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)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(shù)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(shù)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(gè)臺(tái)階圓孔，砂輪基體的一側(cè)面開(kāi)有深為15mm、寬為10mm的環(huán)槽，且臺(tái)階圓孔底面各有一個(gè)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(shè)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(shè)有聯(lián)接用的法蘭盤。壓電陶瓷片14和電極片17通過(guò)前蓋板13的螺柱與后蓋板16的螺紋壓緊固定；芯軸12通過(guò)螺紋與前蓋板13聯(lián)接，單顆磨粒11則通過(guò)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(tái)階圓孔內(nèi)時(shí)，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(tái)階圓孔內(nèi)，并用換能器固定壓塊5固定安裝于臺(tái)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(kāi)有φ125×φ75×8.5mm的環(huán)形槽，外圓面上在直徑方向上鉆有兩個(gè)直徑為φ4mm的圓孔，與環(huán)形槽相通。副邊罐形磁芯8通過(guò)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(shí)副邊罐形磁芯8的兩個(gè)孔與砂輪基體7內(nèi)直徑為φ4mm的小孔正對(duì)，作為連接超聲振動(dòng)換能器6和副邊線圈9的導(dǎo)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(jì)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(shù)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(tái)，凸臺(tái)端面上開(kāi)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(tái)側(cè)面鉆有直徑φ8mm的圓孔；整個(gè)固定板通過(guò)其緣邊的四個(gè)孔通過(guò)螺釘20固定安裝在磨床床身?yè)醢?9上，與砂輪基體7平行相對(duì)，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(gè)直徑為φ4mm的圓孔，與原邊磁芯安裝座1的凸臺(tái)側(cè)面φ8mm的圓孔相對(duì)，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(shù)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(yùn)行時(shí)，結(jié)合圖7所示，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)砂輪基于7轉(zhuǎn)動(dòng)；超聲電源25與原邊線圈3相連，當(dāng)超聲電源23輸出電信號(hào)時(shí)，基于電磁感應(yīng)效應(yīng)，原邊線圈3產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使砂輪基體7內(nèi)的副邊線圈9產(chǎn)生電能，并通過(guò)導(dǎo)線傳輸至超聲換能器6，超聲換能器6由于逆壓電效應(yīng)，產(chǎn)生縱向的超聲振動(dòng)，并帶動(dòng)砂輪芯軸上的單顆磨粒產(chǎn)生超聲振動(dòng)，同時(shí)結(jié)合砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)工件22進(jìn)行超聲振動(dòng)加工。