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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107398784A(43)申请公布日2017.11.28(21)申请号201710833832.5(22)申请日2017.09.15(71)申请人河南理工大学地址454010河南省焦作市高新区世纪大道2001号(72)发明人赵波赵重阳殷森张存鹰(74)专利代理机构郑州金成知识产权事务所(普通合伙)41121代理人郭增欣(51)Int.Cl.B24B1/04(2006.01)B24B55/00(2006.01)B24B49/16(2006.01)权利要求书2页说明书3页附图2页(54)发明名称单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削方法及系统(57)摘要本发明公开了一种单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削方法及系统,利用连接螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅器串接固定在一起,在变幅器上开螺旋槽,将单激励的纵向振动转换为纵-扭复合振动,通过改变螺旋槽的结构参数,来改变纵-扭幅值比,在变幅器的外端设置曲线板和砂轮,利用曲线板与平行砂轮的组合结构,将纵-扭复合振动转换为径-扭复合振动,结合有限元模态分析,优化调整曲线形状及砂轮直径,寻求最佳的径-扭分量比,使平行砂轮输出径向振动和扭转振动以及对径向振幅和扭转振幅的放大。在径-扭复合振动形式下,硬脆材料的被加工表面、磨削稳定性及砂轮使用寿命得到大幅度改善,对超声振动加工的普及应用具有重要意义。CN107398784ACN107398784A权利要求书1/2页1.一种单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削方法,其特征是:利用连接螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅器串接固定在一起,在变幅器上开螺旋槽,将单激励的纵向振动转换为纵-扭复合振动,通过改变螺旋槽的结构参数,来改变纵-扭幅值比,在变幅器的外端设置曲线板和砂轮,利用曲线板与平行砂轮的组合结构,将纵-扭复合振动转换为径-扭复合振动,结合有限元模态分析,优化调整曲线形状及砂轮直径,寻求最佳的径-扭分量比,使平行砂轮输出径向振动和扭转振动以及对径向振幅和扭转振幅的放大。2.根据权利要求1所述的单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削方法,其特征是:所述曲线板为左曲线板和右曲线板,所述左曲线板和右曲线板的内端面分别与砂轮的左端面和右端面贴合接触,所述左曲线板和右曲线板的外端面均分别为曲面。3.根据权利要求1所述的单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削方法,其特征是:针对应用空间和振动频率的需求,根据超声系统内部满足“二分之一波长”叠加规律,对压电陶瓷片、铜电极及反射端进行两段式换能器“夹心式”设计,其几何尺寸满足“四分之一波长”设计要求,相邻两压电陶瓷片的纵向极化方向相反,压电陶瓷片净化后通过粘合剂进行粘合;将阶梯型变幅杆与锥形变幅杆进行优势互补,形成圆锥过渡阶梯型变幅器,所述螺旋槽的结构参数包括螺旋槽的线数、宽度b、深度h及螺旋角a;所述反射端使用重金属制成,所述变幅器使用轻金属和中碳钢制成。4.根据权利要求1所述的单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削方法,其特征是:在变幅器的法兰盘的两个端面上以变幅器的轴线为中心线分别开设减震沟和减震孔,所述减震孔圆心对称阵列均布;在所述变幅器的两端分别开设螺纹孔,以匹配相应的连接螺栓;对所述反射端进行沉头设计,改用内六角螺栓连接。5.根据权利要求1所述的单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削方法,其特征是:几何尺寸不仅局限为“二分之一波长”,根据实际生产需求,变幅器可采用“(n/2+1/4)波长”设计。6.一种单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削系统,包括反射端、压电陶瓷、铜电极和变幅器,其特征是:利用连接螺栓将所述反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅器串接固定在一起,所述变幅器上设置有螺旋槽,将单激励的纵向振动转换为纵-扭振动,通过改变所述螺旋槽的结构参数,来改变纵-扭幅值比;在变幅器的外端设置曲线板和砂轮,利用曲线板与平行砂轮的组合结构,将纵-扭复合振动转换为径-扭复合振动,调整曲线形状及砂轮直径,寻求最佳的径-扭分量比,使砂轮输出径向振动和扭转振动以及对径向振幅和扭转振幅的放大。7.根据权利要求6所述的单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削系统,其特征是:所述曲线板为左曲线板和右曲线板,所述左曲线板和右曲线板的内端面分别与砂轮的左端面和右端面贴合接触,所述左曲线板和右曲线板的外端面均分别为曲面。8.根据权利要求6所述的单激励使砂轮产生径-扭复合振动的超声磨削系统,其特征是:相邻所述压电陶瓷片的纵向极化方向相反,所述压电陶瓷片与所述铜电极采用“夹心式”结构,所述压电陶瓷片及铜电极的个数以及变幅器的几何尺寸分别根据“四分之一波长”理论设计完成,缩短转换系统轴向尺寸;所述变幅器为圆锥过渡阶梯型,所述螺旋