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超聲磨削裝置,學院：,1緒論,1.1超聲加工的原理及特點旋轉超聲磨削的加工原理如圖1-1所示，其中，壓電陶瓷換能器用于將從外部接入的高頻電振蕩信號轉換為超聲頻機械振動；由于壓電陶瓷換能器產(chǎn)生的振幅較?。ù蠹s有5μm），一般不能滿足需求，需用變幅桿將換能器的振動振幅放大后（振幅為20～30μm）再傳至磨削工具，磨削工具在由電機驅動做旋轉運動的同時也做縱向超聲振動，其振動方向如下圖中的箭頭所示。,,圖1-1旋轉超聲磨削的原理,,2設計說明書,2.1超聲磨削裝置的結構設計,2.1.1超聲加工設備及其組成部分,設計的旋轉超聲磨削裝置結構，它由無刷電機、碳刷銅環(huán)、超聲波發(fā)生器、裝置外殼、壓電陶瓷換能器、軸承、變幅桿、前后法蘭、磨削工具、主軸、裝置底座等零部件組成，磨削工具右端部位的陰影部分為在其上鍍制的金剛石磨粒。,2.1.2初步結構設計,超聲磨削裝置要數(shù)控立式床身銑床聯(lián)接，裝置要座于銑床的銑頭。因為加工需要，所以本裝置一直處在高速運轉的狀態(tài)。結構設計一,,圖中：1—電機；2—聯(lián)軸器；3—軸承外圈端蓋；4—軸承內圈端蓋；5—集電環(huán)；6—電刷；7—壓電陶瓷；8—變幅桿。,,結構設計二,圖中：1—電機；2—帶輪；3—皮帶；4—集電環(huán)螺母；5—集電環(huán)；6—電刷；7—壓電陶瓷。,,結構設計三,圖中：1—電機；2—集電環(huán)；3—軸承外端蓋。,,結構設計四,圖中：1—電機；2—聯(lián)軸器；3—碳刷；4—軸承座；5—主軸；6—軸承；7—變幅桿；8—工具棒；,2.1.3結構的比較,結構方案一中內部兩個軸承之間用軸承襯套固定內外圈，但是當壓電陶瓷開始振動時，軸承襯套由于是用鋼料制成的，是剛性的，因此兩個軸承會隨著壓電陶瓷的振動而振動。不難想象軸承在約20000Hz的高頻下，以大加速度振動，結果是一會兒時間軸承就燒壞掉了。,結構方案二為電機加皮帶輪，整體上顯得系統(tǒng)所占空間較大。軸受到較大的彎矩作用，因此在設計中要注意軸徑是否有足夠的彎矩強度，同時還要注意是否有足夠的剛性。如果剛性不足的話，那么軸就會被拉彎，軸的另一端就會出現(xiàn)擺角，裝置的加工精度也就沒法保證了。,結構方案一、二、三的共同缺點是，三者的軸座內徑一樣大小，沒有出現(xiàn)階梯變化。首先這樣的結構看上去比較簡單，但是在實際情況中是不實用的，軸孔的加工長度較長，其精度難以保證。再者軸可能會出現(xiàn)軸向的竄動，這對加工工件當然是有害的。,2.1.4最后結構的確定,總的來說上的幾種結構方案各有各的優(yōu)缺點，最終結構方案是綜合上面幾種結構方案中的可取之處，同時彌補其不足之點而成的。如下圖為最終所確定的結構方案。圖中：1—電機；2—聯(lián)軸器；3—碳刷；4—軸承座；5—主軸；6—軸承；7—變幅桿；8—工具棒；,裝置采用的是電機加聯(lián)軸器結構。軸殼和電機座殼的材料均為鑄鐵，鑄鐵的優(yōu)點是其鑄造性能很好，而且鑄鐵還具有消震性能。角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨承受軸向載荷。在本設計中選取的是接觸角α為40˙。,2.2裝置中的各部件的設計及校核,2.2.1電機的計算與選擇,1.扭矩計算,磨削速度單位m/s，工件速度單位m/min，被吃刀量單位mm。在本裝置設計中，轉速n約為10000r.pm,工具桿端部砂輪直徑為d12mm。扭矩：T=Ftxd/2=18.565x0.010/2=0.093N.m由此可以看出本裝置的磨削力極其產(chǎn)生的扭矩都很小。,2.電機所需功率的計算,每分鐘金屬磨除量Z可用下式計算：可得電機需提供的功率為：選用55ZWN-70型無刷直流電機，額定功率200-700瓦,額定轉速2000-30000rpm，額定轉矩10000-80000g·cm。,,,,則,,kw,,,2.2.2變幅桿的設計,一般情況下，超聲換能器輻射面的振動幅度在20kHz范圍內只有幾微米。而只有工具端部達到一定的振幅才能提高加工效率，而振幅的增大可以通過以下三種方式獲得：1.增大輸入電功率。2.提高整個系統(tǒng)的效率。3.在換能器振子前端加接變幅桿。,2.2.3壓電陶瓷的選擇,超聲換能器是在超聲頻率范圍內將交變的電信號轉換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉換為電信號的能量轉換器件。此轉換有兩種物理效應可以應用：A：磁致伸縮效應；B：壓電效應的逆效應。磁致伸縮換能器的主要缺陷在于高電能損失（例如渦流損失）和低能量利用率。與壓電式的相比，它也不能產(chǎn)生高的振動強度。而壓電換能器能量效率很高（可達90~96%），不需要任何冷卻。不易于熱損傷，更容易構建，也更適于旋轉超聲加工,2.2.4軸強度的較核,進行軸的強度計算時，對于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動軸），應按扭轉強度計算；本裝置按扭轉強度計算，下圖即為裝置中所用的軸,2.2.5鍵的校核,。對于采用常見的材料組合和按標準選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接，其主要失效形式是工作面被潰。本裝置設計中選用的鍵為GB1096-90鍵C16×50（集電環(huán)與軸之間的鍵h=10）。GB1096-90鍵C8×30（聯(lián)軸器右半與軸之間的鍵h=7）。GB1096-90鍵C6×20（聯(lián)軸器左半與軸之間的鍵h=6）。,謝謝，,各位老師！,