徑向超聲珩磨加工裝置的制作方法

本發明涉及超聲振動珩磨技術，具體是一種徑向超聲珩磨加工裝置。

背景技術：

超聲振動珩磨是一種在普通珩磨中添加超聲振動的特種加工方法，主要用于孔徑為5-500毫米或者更大的各種圓柱孔（例如發動機缸套、液壓元件閥孔、連桿孔和箱體孔等）的光整加工。與普通珩磨相比，超聲振動珩磨是斷續變速切削過程，具有珩磨力小、珩磨溫度低、加工效率高等優點，受到國內外學者的廣泛研究。根據超聲振動方式的不同，超聲振動珩磨可分為軸向超聲振動珩磨、徑向超聲振動珩磨和復合超聲振動珩磨等。

中國專利ZL201020672721.4、ZL200620031811.9和ZL99108124.2公開了幾種超聲振動珩磨裝置。這幾種超聲振動珩磨裝置均由集流環、碳刷、換能器、變幅桿、彎曲振動圓盤、油石座、油石等組成，其工作過程都是將換能器產生的高頻振動經變幅桿放大后傳到振動圓盤、撓性桿、油石座，最終使油石產生沿工件孔軸向的超聲振動。實踐表明，這幾種超聲振動珩磨裝置由于自身結構所限，存在如下問題：其一，這幾種裝置均設置了變幅桿，導致其整體結構復雜。其二，這幾種裝置的超聲能量傳輸鏈均較長，導致其難以獲得大功率和高能量。中國專利ZL201110202887.9公開了一種超聲振動珩磨裝置。這種超聲振動珩磨裝置將換能器直接安放在油石座內，省略了變幅桿、彎曲振動圓盤和撓性桿等。實踐表明，這種超聲振動珩磨裝置由于自身結構所限，存在如下問題：其一，這種裝置產生的軸向小振幅超聲容易阻礙油石磨粒在工件徑向切深方向上的運動，由此導致工件的珩磨網紋溝槽深度變淺，從而影響工件的儲油潤滑性能。其二，這種裝置對油石座的加工要求較高，因此容易因加工誤差而導致換能器工作不同步。基于此，有必要發明一種全新的超聲振動珩磨裝置，以解決現有超聲振動珩磨裝置整體結構復雜、難以獲得大功率和高能量、容易影響工件的儲油潤滑性能、容易導致換能器工作不同步的問題。

技術實現要素：

本發明為了解決現有超聲振動珩磨裝置整體結構復雜、難以獲得大功率和高能量、容易影響工件的儲油潤滑性能、容易導致換能器工作不同步的問題，提供了一種徑向超聲珩磨加工裝置。

本發明是采用如下技術方案實現的：

徑向超聲珩磨加工裝置，包括外筒、支撐桿、上蓋、下蓋、浮動機構、頂桿、限位筒、直線軸承、內筒、支撐筒、復位彈簧、脹芯軸、導向條、稀土超磁致伸縮換能器、內銷桿、油石座、外銷桿、油石、環狀彈簧、集流環；

其中，外筒的內腔設有隔板，且隔板將外筒的內腔分隔為上部腔室和下部腔室；隔板的中央貫通開設有通孔；

支撐桿的數目為N個；N個支撐桿的上端均與外筒的下端敞口邊緣固定，且N個支撐桿圍繞外筒的軸線等距排列；每個支撐桿的側面均貫通開設有一對銷孔；

上蓋封蓋于外筒的上端敞口上，且上蓋的中央貫通開設有通孔；

下蓋的邊緣同時與N個支撐桿的下端固定；

浮動機構的中部滑動穿設于上蓋上的通孔內；

頂桿的中部滑動穿設于隔板上的通孔內，且頂桿的上端與浮動機構的下端固定；

限位筒固定套設于頂桿的中部，且限位筒位于外筒的下部腔室；

內筒的內腔為上粗下細的階梯狀內腔；限位筒通過直線軸承裝配于內筒的上部內腔；頂桿的下部滑動穿設于內筒的下部內腔；

支撐筒的上端敞口與內筒的下端敞口連接；支撐筒的下端敞口與下蓋的上表面中央固定；支撐筒的側壁貫通開設有N個槽孔和N對銷孔；N個槽孔和N對銷孔圍繞支撐筒的軸線等距排列，且N個槽孔和N對銷孔交錯布置；N對銷孔與N個支撐桿一一正對；

復位彈簧位于支撐筒的內腔，且復位彈簧的下端與下蓋的上表面中央固定；

脹芯軸位于支撐筒的內腔；脹芯軸由一根中軸和一對棱臺組成；中軸的上端端面與第一個棱臺的細端端面固定，第一個棱臺的粗端端面與頂桿的下端端面相接觸；中軸的下端端面與第二個棱臺的粗端端面固定，第二個棱臺的細端端面與復位彈簧的上端固定；

導向條的數目為N個；N個導向條的上端均與外筒的下端敞口邊緣固定；N個導向條的下端均與下蓋的上表面邊緣固定；N個導向條與支撐筒上的N個槽孔一一正對；每個導向條的外側面上部和外側面下部均開設有一個橫向凹槽；

稀土超磁致伸縮換能器的數目為N個；

內銷桿的數目為N對；N對內銷桿一一對應滑動穿設于支撐筒上的N對銷孔內；N對內銷桿的外端與N個稀土超磁致伸縮換能器一一對應固定；N對內銷桿的內端均與脹芯軸的一對棱臺的側面相接觸；

油石座的數目為N個，且每個油石座的外側面上部和外側面下部均開設有一個橫向凹槽；

外銷桿的數目為N對；N對外銷桿一一對應滑動穿設于N個支撐桿上的N對銷孔內；N對外銷桿的外端與N個油石座一一對應固定；N對外銷桿的內端與N個稀土超磁致伸縮換能器一一對應固定；

油石的數目為N個；N個油石一一對應安裝于N個油石座的外側面；

環狀彈簧的數目為兩個；第一個環狀彈簧同時嵌設于N個導向條外側面上部的橫向凹槽和N個油石座外側面上部的橫向凹槽內；第二個環狀彈簧同時嵌設于N個導向條外側面下部的橫向凹槽和N個油石座外側面下部的橫向凹槽內；

集流環固定套設于外筒的中部，且集流環的輸出端分別與N個稀土超磁致伸縮換能器的輸入端連接；

N為正整數。

工作時，將外筒和浮動機構均與外部驅動機構連接，將集流環的輸入端通過碳刷與外部超聲波發生器連接。具體工作過程如下：首先，外部驅動機構驅動外筒進行移動，外筒由此帶動N個油石進入圓柱孔內。然后，外部驅動機構驅動浮動機構進行向下移動，浮動機構通過頂桿推動脹芯軸進行向下移動，脹芯軸的一對棱臺通過N對內銷桿推動N個稀土超磁致伸縮換能器沿徑向進行向外移動，N個稀土超磁致伸縮換能器通過N對外銷桿推動N個油石座沿徑向進行向外移動，N個油石座帶動N個油石沿徑向進行向外移動，N個油石由此實現徑向進給。待N個油石進給至適當位置，外部驅動機構驅動外筒進行旋轉，外筒由此帶動N個油石進行旋轉。此時，啟動外部超聲波發生器，外部超聲波發生器將50Hz交流電轉換為超聲頻交變電流，并依次通過碳刷、集流環將超聲頻交變電流通入N個稀土超磁致伸縮換能器，使得N個稀土超磁致伸縮換能器產生超聲頻交變磁場。在超聲頻交變磁場的作用下，N個稀土超磁致伸縮換能器進行超聲頻徑向振動，并通過N對外銷桿帶動N個油石座進行超聲頻徑向振動，N個油石座帶動N個油石進行超聲頻徑向振動，N個油石由此對圓柱孔的孔壁進行超聲頻徑向振動研磨拋光，從而對圓柱孔進行光整加工。在此過程中，限位筒的作用是對頂桿進行軸向限位。復位彈簧的作用是在加工結束后對脹芯軸進行復位。N個導向條的作用是在徑向進給過程中對N個油石進行導向。N個槽孔的作用是使磁密分布更為均勻，便于磁場控制。

基于上述過程，與現有超聲振動珩磨裝置相比，本發明所述的徑向超聲珩磨加工裝置通過采用全新結構，實現了對圓柱孔進行光整加工，由此具備了如下優點：其一，本發明無需設置變幅桿，由此有效簡化了整體結構。其二，本發明的超聲能量傳輸鏈很短，因此易于獲得大功率和高能量。其三，本發明產生的超聲頻徑向振動能夠顯著增大工件的珩磨網紋溝槽深度，由此有效提高了工件的儲油潤滑性能。其四，本發明對油石座的加工要求較低，由此有效避免了因加工誤差而導致換能器工作不同步。

本發明結構合理、設計巧妙，有效解決了現有超聲振動珩磨裝置整體結構復雜、難以獲得大功率和高能量、容易影響工件的儲油潤滑性能、容易導致換能器工作不同步的問題，適用于超聲振動珩磨。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖。

圖3是本發明中稀土超磁致伸縮換能器的結構示意圖。

圖中：1-外筒，2-支撐桿，3-上蓋，4-下蓋，5-浮動機構，6-頂桿，7-限位筒，8-直線軸承，9-內筒，10-支撐筒，11-復位彈簧，12-脹芯軸，13-導向條，14-稀土超磁致伸縮換能器，15-內銷桿，16-油石座，17-外銷桿，18-油石，19-環狀彈簧，20-集流環，1401-預緊螺栓，1402-圓環狀后蓋，1403-圓環狀阻抗匹配層，1404-圓環狀前蓋，1405-螺母，1406-圓環狀軛鐵端蓋，1407-圓筒狀線圈架，1408-勵磁線圈，1409-稀土超磁致伸縮圓環，1410-釹鐵硼圓環狀永磁體。

具體實施方式

徑向超聲珩磨加工裝置，包括外筒1、支撐桿2、上蓋3、下蓋4、浮動機構5、頂桿6、限位筒7、直線軸承8、內筒9、支撐筒10、復位彈簧11、脹芯軸12、導向條13、稀土超磁致伸縮換能器14、內銷桿15、油石座16、外銷桿17、油石18、環狀彈簧19、集流環20；

其中，外筒1的內腔設有隔板，且隔板將外筒1的內腔分隔為上部腔室和下部腔室；隔板的中央貫通開設有通孔；

支撐桿2的數目為N個；N個支撐桿2的上端均與外筒1的下端敞口邊緣固定，且N個支撐桿2圍繞外筒1的軸線等距排列；每個支撐桿2的側面均貫通開設有一對銷孔；

上蓋3封蓋于外筒1的上端敞口上，且上蓋3的中央貫通開設有通孔；

下蓋4的邊緣同時與N個支撐桿2的下端固定；

浮動機構5的中部滑動穿設于上蓋3上的通孔內；

頂桿6的中部滑動穿設于隔板上的通孔內，且頂桿6的上端與浮動機構5的下端固定；

限位筒7固定套設于頂桿6的中部，且限位筒7位于外筒1的下部腔室；

內筒9的內腔為上粗下細的階梯狀內腔；限位筒7通過直線軸承8裝配于內筒9的上部內腔；頂桿6的下部滑動穿設于內筒9的下部內腔；

支撐筒10的上端敞口與內筒9的下端敞口連接；支撐筒10的下端敞口與下蓋4的上表面中央固定；支撐筒10的側壁貫通開設有N個槽孔和N對銷孔；N個槽孔和N對銷孔圍繞支撐筒10的軸線等距排列，且N個槽孔和N對銷孔交錯布置；N對銷孔與N個支撐桿2一一正對；

復位彈簧11位于支撐筒10的內腔，且復位彈簧11的下端與下蓋4的上表面中央固定；

脹芯軸12位于支撐筒10的內腔；脹芯軸12由一根中軸和一對棱臺組成；中軸的上端端面與第一個棱臺的細端端面固定，第一個棱臺的粗端端面與頂桿6的下端端面相接觸；中軸的下端端面與第二個棱臺的粗端端面固定，第二個棱臺的細端端面與復位彈簧11的上端固定；

導向條13的數目為N個；N個導向條13的上端均與外筒1的下端敞口邊緣固定；N個導向條13的下端均與下蓋4的上表面邊緣固定；N個導向條13與支撐筒10上的N個槽孔一一正對；每個導向條13的外側面上部和外側面下部均開設有一個橫向凹槽；

稀土超磁致伸縮換能器14的數目為N個；

內銷桿15的數目為N對；N對內銷桿15一一對應滑動穿設于支撐筒10上的N對銷孔內；N對內銷桿15的外端與N個稀土超磁致伸縮換能器14一一對應固定；N對內銷桿15的內端均與脹芯軸12的一對棱臺的側面相接觸；

油石座16的數目為N個，且每個油石座16的外側面上部和外側面下部均開設有一個橫向凹槽；

外銷桿17的數目為N對；N對外銷桿17一一對應滑動穿設于N個支撐桿2上的N對銷孔內；N對外銷桿17的外端與N個油石座16一一對應固定；N對外銷桿17的內端與N個稀土超磁致伸縮換能器14一一對應固定；

油石18的數目為N個；N個油石18一一對應安裝于N個油石座16的外側面；

環狀彈簧19的數目為兩個；第一個環狀彈簧19同時嵌設于N個導向條13外側面上部的橫向凹槽和N個油石座16外側面上部的橫向凹槽內；第二個環狀彈簧19同時嵌設于N個導向條13外側面下部的橫向凹槽和N個油石座16外側面下部的橫向凹槽內；

集流環20固定套設于外筒1的中部，且集流環20的輸出端分別與N個稀土超磁致伸縮換能器14的輸入端連接；

N為正整數。

所述稀土超磁致伸縮換能器14包括預緊螺栓1401、圓環狀后蓋1402、圓筒狀稀土超磁致伸縮棒、圓環狀阻抗匹配層1403、圓環狀前蓋1404、螺母1405、圓環狀軛鐵端蓋1406、圓筒狀線圈架1407、勵磁線圈1408；

所述圓筒狀稀土超磁致伸縮棒由若干個稀土超磁致伸縮圓環1409和若干個釹鐵硼圓環狀永磁體1410采用環氧樹脂粘接構成，且各個稀土超磁致伸縮圓環1409和各個釹鐵硼圓環狀永磁體1410交錯布置；

圓環狀后蓋1402、圓筒狀稀土超磁致伸縮棒、圓環狀阻抗匹配層1403、圓環狀前蓋1404由后向前依次套設于預緊螺栓1401上；

螺母1405旋擰于預緊螺栓1401上，且螺母1405與圓環狀前蓋1404的前端端面相接觸；

圓環狀軛鐵端蓋1406的數目為兩個；第一個圓環狀軛鐵端蓋1406套設于圓筒狀稀土超磁致伸縮棒的后端，且第一個圓環狀軛鐵端蓋1406與圓環狀后蓋1402的前端端面相接觸；第二個圓環狀軛鐵端蓋1406套設于圓環狀阻抗匹配層1403的前端，且第二個圓環狀軛鐵端蓋1406與圓環狀前蓋1404的后端端面相接觸；

圓筒狀線圈架1407同時套設于圓筒狀稀土超磁致伸縮棒和圓環狀阻抗匹配層1403上，且圓筒狀線圈架1407的兩端端面分別與第一個圓環狀軛鐵端蓋1406的前端端面和第二個圓環狀軛鐵端蓋1406的后端端面相接觸；

勵磁線圈1408纏繞于圓筒狀線圈架1407上；

內銷桿15的外端與圓環狀后蓋1402的后端端面固定；

外銷桿17的內端與圓環狀前蓋1404的前端端面固定；

集流環20的輸出端與勵磁線圈1408的兩端連接。

工作時，通過預緊螺栓和螺母向圓環狀后蓋、圓筒狀稀土超磁致伸縮棒、圓環狀阻抗匹配層、圓環狀前蓋提供預緊壓力。將超聲頻交變電流通入勵磁線圈，使得勵磁線圈產生超聲頻交變磁場。在超聲頻交變磁場的作用下，圓環狀后蓋、圓筒狀稀土超磁致伸縮棒、圓環狀阻抗匹配層、圓環狀前蓋一起進行超聲頻徑向振動。