旋转超声磨削平行砂轮复合变幅器设计与试验∗

周瑞峰 秦慧斌 冯 毅 庞学慧 吕 明

(1 中北大学先进制造技术山西省重点实验室 太原 030051)

(2 太原理工大学精密加工山西省重点实验室 太原 030024)

0 引言

旋转超声磨削加工技术具有切削力小、加工损伤少、加工效率高的优点，适用于工程陶瓷、光学玻璃、金属基复合材料等硬脆性材料的加工[1−2]。超声谐振刀具系统是超声磨削工艺系统的核心，它的性能直接影响着硬脆材料的加工质量和使用性能[3−4]。目前大负载旋转超声加工谐振系统的设计缺乏系统的理论设计方法，谐振系统设计周期长、试用性差[5]。

超声磨削工具系统主要有将超声振动作用于工件或砂轮两种方式[6−7]。文献[8]基于Mindlin理论提出了齿轮变幅器的设计方法，完成了齿轮超声珩磨，但超声谐振施加在齿轮工件上，工艺通用性不足。赵波等[9]将超声振动施加在短粗圆柱砂轮上，设计的超声辅助内圆磨削工具系统具有良好的声学特性。平行砂轮超声磨削谐振系统的核心部件是平行砂轮谐振变幅器，它由变幅杆和平行砂轮组成。付俊帆等[10]基于Mindlin 中厚板理论提出了环盘负载与圆锥变幅杆的纵弯谐振变幅器设计方法，但尚未应用于旋转超声磨削工具系统的设计。圆柱与圆锥形的复合变幅杆在大功率超声应用中，其圆锥输出端往往具有较大的振幅、较小应力等优点，并且该种变幅杆在加工和安装方面更具便利性[11]。复合变幅杆与平行砂轮组成的复合变幅器在旋转超声磨削中具有更广泛的工艺适应性。……