超声磨削装置设计-超声波【7张PDF图纸+CAD制图+文档】
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- 内容简介：
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超 声 磨 削 装 置,学 院：,1 绪 论,1.1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5m），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2030m）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。,图1-1旋转超声磨削的原理,2 设计说明书,2.1 超声磨削装置的结构设计,2.1.1 超声加工设备及其组成部分,设计的旋转超声磨削装置结构，它由无刷电机、碳刷铜环、超声波发生器、装置外壳、压电陶瓷换能器、轴承、变幅杆、前后法兰、磨削工具、主轴、装置底座等零部件组成，磨削工具右端部位的阴影部分为在其上镀制的金刚石磨粒。,2.1.2 初步结构设计,超声磨削装置要数控立式床身铣床联接，装置要座于铣床的铣头。因为加工需要，所以本装置一直处在高速运转的状态。 结构设计一,图中：1电机；2联轴器；3轴承外圈端盖；4轴承内圈端盖； 5集电环；6电刷；7压电陶瓷；8变幅杆。,结构设计二,图中 ：1电机；2带轮；3皮带；4集电环螺母； 5集电环；6电刷；7压电陶瓷。,结构设计三,图中：1电机；2集电环；3轴承外端盖。,结构设计四,图中：1电机；2联轴器；3碳刷；4轴承座；5主轴；6轴承；7变幅杆；8工具棒；,2.1.3 结构的比较,结构方案一中内部两个轴承之间用轴承衬套固定内外圈，但是当压电陶瓷开始振动时，轴承衬套由于是用钢料制成的，是刚性的，因此两个轴承会随着压电陶瓷的振动而振动。不难想象轴承在约20000Hz的高频下，以大加速度振动，结果是一会儿时间轴承就烧坏掉了。,结构方案二为电机加皮带轮，整体上显得系统所占空间较大。轴受到较大的弯矩作用，因此在设计中要注意轴径是否有足够的弯矩强度，同时还要注意是否有足够的刚性。如果刚性不足的话，那么轴就会被拉弯，轴的另一端就会出现摆角，装置的加工精度也就没法保证了。,结构方案一、二、三的共同缺点是，三者的轴座内径一样大小，没有出现阶梯变化。首先这样的结构看上去比较简单，但是在实际情况中是不实用的，轴孔的加工长度较长，其精度难以保证。再者轴可能会出现轴向的窜动，这对加工工件当然是有害的。,2.1.4 最后结构的确定,总的来说上的几种结构方案各有各的优缺点，最终结构方案是综合上面几种结构方案中的可取之处 ，同时弥补其不足之点而成的。如下图为最终所确定的结构方案。 图中：1电机；2联轴器；3碳刷；4轴承座；5主轴；6轴承；7变幅杆； 8工具棒；,装置采用的是电机加联轴器结构。 轴壳和电机座壳的材料均为铸铁，铸铁的优点是其铸造性能很好，而且铸铁还具有消震性能。 角接触球轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。在本设计中选取的是接触角为40。,2.2 装置中的各部件的设计及校核,2.2.1 电机的计算与选择,1.扭矩计算,磨削速度单位m/s，工件速度单位m/min，被吃刀量 单位mm。 在本装置设计中，转速n约为10000 r.pm,工具杆端部砂轮直径为d12mm。 扭矩 ： T=Ft x d/2 =18.565 x0.010/2= 0.093N.m 由此可以看出本装置的磨削力极其产生的扭矩都很小。,2.电机所需功率的计算,每分钟金属磨除量Z可用下式计算： 可得电机需提供的功率为： 选用55ZWN-70型无刷直流电机，额定功率200-700瓦, 额定转速2000-30000rpm，额定转矩10000-80000 gcm。,则,kw,2.2.2 变幅杆的设计,一般情况下，超声换能器辐射面的振动幅度在20kHz范围内只有几微米。而只有工具端部达到一定的振幅才能提高加工效率，而振幅的增大可以通过以下三种方式获得： 1. 增大输入电功率。 2. 提高整个系统的效率。 3. 在换能器振子前端加接变幅杆。,2.2.3 压电陶瓷的选择,超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件。此转换有两种物理效应可以应用： A：磁致伸缩效应；B：压电效应的逆效应。 磁致伸缩换能器的主要缺陷在于高电能损失（例如涡流损失）和低能量利用率。 与压电式的相比，它也不能产生高的振动强度。而压电换能器能量效率很高（可达9096%），不需要任何冷却。不易于热损伤，更容易构建，也更适于旋转超声加工,2.2.4 轴强度的较核,进行轴的强度计算时， 对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按扭转强度计算； 本装置按扭转强度计算，下图即为装置中所用的轴,2.2.5 键的校核,。对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接，其主要失效形式是工作面被溃。 本装置设计中选用的键为 G
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