顾盛五金网 >> 滤筒

一种超声波振动钻床主轴设计电声器材

2022-06-26

一种超声波振动钻床主轴设计

一种超声波振动钻床主轴设计 2011年12月04日 来源: 运用轴向超声波振动钻削技术加工微小孔(0.5mm以下),可以延长钻头寿命,提高孔的精度和孔壁表面质量,减小钻削出口毛刺,具有优良的工艺效果。本文介绍了一种超声波振动钻床主轴设计方法,采用该设计方案,无须改动机床其它结构,只以超声波振动主轴替换钻床原有主轴,即可完成对机床的改装,结构紧凑,使用方便。1 主轴结构设计普通钻床主轴下端安装钻夹,应能完成回转运动和轴向进给运动,超声波振动钻床主轴除应完成以上运动外,还需具备轴向超声波振动功能。 超声波振动主轴中的振动子可采用夹芯式压电陶瓷换能器(图中CDE段),其电声转换效率可达90%左右,结构十分紧凑。它由一对压电陶瓷片、电极和前、后匹配块组成,由于用于微小孔加工的超声波换能器功率较小,发热量相对较少,可不设专门的冷却系统。

1.键槽 2.传动轴 3.后匹配块 4、6.压电陶瓷 5.电极 7.前匹配块 8.变幅杆 9.集流环 10.弹性卡爪 11.圆套主轴结构简图

前匹配块与变幅杆可做成一体。普通钻夹头结构复杂,质量较大,容易破坏主轴系统谐振状态,导致钻头振幅大幅度减小。所以在变幅杆末端设计结构简单的弹性夹头,弹性夹头带有四个弹性卡爪,用于装夹钻头。在变幅杆小端上装有集流环,用于传送换能器工作所需的电流。 后匹配块与阶梯传动轴作成一体,传动轴小端开有键槽,与钻床皮带轮作滑动配合,以便带动主轴系统回转。在变幅杆小端和传动轴小端分别装有一个向心球轴承,用于支承安装主轴,轴承外圈与钻床主轴套筒过渡配合,带有齿槽的套筒可带动主轴进行轴向进给。 2 换能器及变幅杆设计原理把超声频变化的电压加在压电陶瓷的两极上,其厚度将随电压的变化而变化,于是产生了纵向超声波振动,该纵向振动波将向前后两个方向传播。当传播波的介质改变时,在界面上将发生波的折射和反射,反射量的比率取决于两种介质的密度比。密度比越大,反射量越多。由于钢与空气的密度比非常大,可以认为传播到主轴两端的波全部被反射回来。反射波因半波损失比入射波晚了半个周期,它与从压电陶瓷直接发出的波相叠加,在有的截面上振幅增大,在有的截面上振幅减小,某些截面上振幅则恒为零,形成驻波传导。若换能器、变幅杆等组成的系统恰好是声波1/2波长的整数倍,则此系统处于谐振状态,谐振条件可表示为 l=nλ/2式中l为系统总长度,λ为振动波长(与材料性质有关),n为正整数。 若不考虑介质的结构阻尼和表面声波辐射,声波在等截面弹性介质中传播时振幅和频率不变。而变截面杆在谐振状态下的情况不同,当振动波由截面较大的一端向截面较小的一端传递时,振幅将有所增大,所以变截面杆在谐振或接近于谐振状态时具有变幅功能。对于阶梯变幅杆来说,输出端振幅A2与输入端振幅A1之间存在以下关系 A2/A1=(D1/D2)2式中D1为输入端直径,D2为输出端直径。这说明变幅杆两端直径差别越大,输出端得到的振幅越大。 为了不破坏主轴系统的谐振状态,应将固定主轴用的轴承安置在波节(即振幅恒等于零的驻点)处,而将钻头安装在波腹(振幅最大点)处,以便使钻头获得较大的振幅。 3 主轴结构尺寸的确定主轴横向尺寸,主要受钻床主轴套筒内孔尺寸的限制,为获得较大的振动功率和振动幅值,应尽可能利用套筒内孔空间,选用直径较大的压电陶瓷片。换能器前、后匹配块的直径可与压电陶瓷片直径相同,为了连接电线方便,电极直径可比压电陶瓷片直径大8~10mm。主轴系统处于谐振状态时钻头处得到的振幅最大,这时主轴总长度应为半波长的整数倍,主轴各部分的长度亦应根据各自的波长来确定。 传动轴(图中AC段)和变幅杆(EG段)均为用同一种材料制成的弹性杆,其波长可按下式计算 λ=C1/f式中C1为纵波波速,与材料性质有关,为一常数。f为超声波发生器发出的超声频变化电流的频率,可在发生器工作范围内自行选定,一般可选f=20kHz。为保证主轴有足够的轴向进给范围,传动轴小端(AB段)长度可取为3λ/4,大端(BC段)长度可取为λ/4。变幅杆长度的确定应满足1/2波长变幅杆设计原则,大端(图中EF段)和小端(FG段)的长度均取λ/4。在换能器中有钢材这样的弹性材料,也有压电陶瓷等非弹性材料,换能器(图中CE段)各部分长度的确定较复杂,可以分三个步骤进行。(1)根据主轴套筒内孔空间和压电陶瓷生产厂家的产品目录选定压电陶瓷片的尺寸(包括其厚度l0);(2)确定电极厚度l3,电极一般采用导电性能较好的铝片或铜片,为满足连接导线的需要,其厚度可取3~5mm;(3)确定前、后匹配块的长度l2和l1,为设计方便,前、后匹配块长度可取同一值,即l1=l2,后匹配块长度l1可按下式计算

式中:Z0=r0C0S0,Z1=r1C1S1,Z3=r3C3S3,m3=Z3/Z0,q0=w1l0/C0,q1=w1l1/C1,q3=w1l3/C3,W=ctgq0-(k33)2/q0 l0为压电陶瓷片厚度;l1为后匹配块长度;l2为前匹配块长度;l3为电极厚度;C0为压电陶瓷纵波波速;C1为匹配块纵波波速;C3为电极纵波波速;r0为压电陶瓷密度;r1为匹配块密度;r3为电极密度;k33为压电陶瓷机电耦合系数;w1为谐振圆频率;S0、S1、S3分别为压电陶瓷片、后匹配块和电极的截面积;q0、q1、q3、Z0、Z1、Z3、m3、W均为中间参数。在运用上式计算后匹配块长度l1时,须先确定出各物理参数的具体数值。谐振圆频率w1为选定的超声波发生器工作频率f与2π的乘积;压电陶瓷片厚度l0、密度r0、机电耦合系数k33等可从生产厂家的产品说明中得到具体数据;前、后匹配块和变幅杆、传动轴可采用优质碳素结构钢或钛合金钢,其密度r1、纵波波速C1及电极的密度r3、纵波波速C3均可从有关材料手册查找。 采用以上设计方案,对Z403台式钻床进行了改装,获得了满意的效果,钻头上的超声波振动振幅达2µm以上。 (end)

晋城星皓泌尿医院

白癜风乌鲁木齐哪个医院好

成都男科医院医生在线咨询

湛江正规男性专科医院

引起小脑萎缩的原因有哪些

上海看前列腺疾病

友情链接
从动盘扭转耐久试验机厂 广州天宝GPS 合肥敏感性皮肤医院 有白发头发干枯吃什么好 中风可以吃大活络丸吗 风湿性关节炎怎么治疗比较好 液压试验机 工程服订制 眉心长痤疮怎么快速消除 京万红软膏的主要成分是哪些 丹媚避孕药有效时间 盐酸氨溴索口服溶液祛痰好 小孩感冒吃什么好 糖尿病并发症患者吃老来保有什么作用 参松养心胶囊效果好吗 心肌缺血扩血管的药有哪些 宝宝上火怎么处理 天津肛肠医院 长期多梦易醒会引起神经衰弱吗 治风湿性关节炎的食疗方法有哪些 怎样缓解宝宝肚子胀气 什么时候治疗灰指甲比较好 带状疱疹后遗神经痛如何护理好 一岁宝宝消化不良宝宝吃什么辅食 口唇糜烂和口腔溃疡一样吗 药品库 养肝护肝吃什么药 陶粒批发 房子遗产继承 上海离婚律师律所 同仁堂再造丸应该怎么服用 工作服门户 指甲变颜色是灰指甲吗 灰指甲脚趾甲盖裂了如何处理 灰指甲穿袜子会传染其他指甲吗 病毒性感冒需要怎么消炎 找医院 东阿阿胶阿胶块 北屯治疗男科专科医院哪家好 深圳涉外离婚律师价格 抚州眼科专科医院哪家好 深圳律师离婚咨询 信阳妇科医院哪家好 北京涉外离婚诉讼 锡林郭勒盟治疗皮肤病专科医院 铁门关口腔 儿童个子矮怎么办 法国薇婷 征地拆迁 Diamond Tools 好修网 石家庄服装定做 Dynamic Systems Fastener Fitting 寻医问药 贵阳哪家医院癫痫病好 长春治银屑病哪家医院好 辽宁治疗皮肤病哪家医院好 杭州抽动哪家医院好 半凡网 Products