基于有限元的超声振动内圆磨削系统的主轴设计与研究.pdfVIP

!#$%’# (#%)* 功能部件 基于有限元的超声振动内圆磨削系统 的主轴设计与研究! 李 华 李 征 （河南工业大学机电工程学院，河南郑州.-///0 ） 摘 要：基于有限元分析方法，对由振子（超声换能器、变幅杆和工具）和主轴套筒构成的超声振动内圆磨头 的主轴部件进行了结构分析研究，揭示了套筒结构和振子结构对主轴振动模态的影响，特别是对振 子输出振动和套筒振动的影响规律。基于上述分析提出了主轴的优化结构。 关键词：超声振动 内圆磨削 主轴 有限元分析 !#$% ’ () *)+,-’ . /012+’,3 4,512,’ 6’)1’20 71,’$,’- !%+)8 !(2. 92+)$ ’ :; 12 34 ，12 567#8 （9’::787 ’; 7$64#$4: = :7$%?$4: #8#77?#8 ，37@#4# (#A7?)%B ’; C7$6#’:’8BD 567#8E6’ .-///0 ，93F ） !#$%’$ ：G4)7H ’# ! 4#4:B)) ，%67 )64;% ’; %67 :%?4)’#$ AI?4%’# #%7?#4: 8?#H#8 )B)%7J ，K6$6 ) $’JL’)7H ’; %67 AI?4%’? （#$:H#8 %67 %?4#)H$7? ，%67 6’?# 4#H %67 8?#H#8 %’’: ）4#H %67 ):77A7 K4) )%H7H # %6) L4L7?D C67 #;:7#$7 ’; %67 ):77A7 )%?$%?7 %’ %67 ?7)’#4#$7 AI?4%’# J’H7 ’; %67 L4?% ，7)L7$4::B %’ %67 AI?4%’# ’; %67 AI?4%’? ’%L% 7#H 4#H %67 ):77A7 K4) L?’L’)7HD C67 ’L%J4: )%?$%?7 ’; %67 AM I?4%’? K4) 8’% I4)7H ’# %67 4I’A7 4#4:B))D ()*+,%-# ：(:%?4)’#$ NI?4%’# ；2#%7?#4: O?#H#8 ；NI?4%’? ；! 头的核心部件，其结构对磨头的超声振动状态和回转 . 概述 特性有着重要的影响。在过去的设计中，振子和主轴 超声振动内圆磨削技术具有独特的磨削原理和优 套筒分别进行设计，其中，振子按照振动理论进行设 越的工艺效果。它可以明显地提高磨削加工表面质 计，并通过实际测试进行修正；主轴套筒则根据磨头的 量、加工精度和加工效率，特别是对难加工材料、有色 具体结构要求进行设计，并通过振子节点处的法兰与 金属和小孔的精密和超精密磨削加工具有特有的优越 振子相连接，形成一个整体部件。这种设计方法建立 性，因而引起国内外学者的广泛重视。 于两个前提下：一是振子上的法兰处于节点位置没有 小孔的超声振动内圆磨削是由超声振动内圆磨削 振动，并且不会造成套筒振动；二是套筒的结构不会影 系统（简称超声振动内圆磨头，如图+ ）来实现的，包括 响主轴部件的整体动态特性。 超声电源、超声振动振子和磨头转动系统几部分。由 压电超声换能器、变幅杆和磨削工具构成的超声振子 在超声电源的驱动下，产生轴向超声驻波振动；振子在 节点处通过法兰支承固定在主轴套筒内，并与套筒一 起构成了超声振动内圆磨头的主轴部件。主轴部件通 过轴承支承在磨头外套筒内，并在电动机的驱动下作 精密转动，实现磨削运动。应用这一系统，磨头在转动 的同时作超声频的轴向振动，从而实现了超声振动内 圆磨削加工。