本发明涉及磨削加工领域，尤其涉及一种超声振动辅助自旋转磨削机床及其主轴装置。

  自旋转磨削是硬脆性材料高效精密加工的一种常用方法，它被大范围的应用于陶瓷、玻璃、半导体衬底等硬脆性材料零件的加工中。然而，在这些硬脆性材料零件的加工中，往往需要获得精密的表面上的质量，即较低的表面粗糙度和较小的表面和亚表面损伤。为了更好的提高磨削表面上的质量，减小损伤，通常需选用细粒度金刚石砂轮，而细粒度金刚石砂轮磨削时，效率较低，且砂轮容易磨损和堵塞。因此，实现硬脆性材料的高效精密磨削一直是行业所面临的一项挑战。

  为了同时提高脆性材料磨削的表面上的质量和磨削效率，超声振动辅助磨削技术被认为是一种有效的方法。超声振动辅助磨削是在传统磨削基础上将超声振动施加在工件或工具上，辅助砂轮磨削的一种复合加工方法。大量的理论与实验研究表明，超声振幅辅助磨削硬脆性材料不但可以提高表面质量，降低表面/亚表面损伤，还能大大的提升磨削加工效率，防止砂轮堵塞。然而，超声辅助磨削技术在生产实际中的应用却非常有限，这主要是因为超声振动磨削设备的开发相对困难。因此，超声振动辅磨削设备的开发成为了超声振动辅助磨削技术广泛应用的瓶颈。相应地，目前超声振动辅助自旋转磨削技术的广泛应用也受限于超声辅助自旋转磨削机床的开发。

  本发明提供了超声振动辅助自旋转磨削机床及其主轴装置，其克服了背景技术中传统超声振动辅助自旋转磨削机床所存在的不足。

  超声振动辅助自旋转磨削机床主轴装置,包括旋转主轴部分和超声振动部分，该超声振动部分固装在旋转主轴部分上；该超声振动部分包括超声发生器、换能器、变幅杆、砂轮和感应线圈；该超声发生器连接感应线圈，该感应线圈装接在换能器上，该换能器连接变幅杆，该砂轮固装在变幅杆末端上，该超声发生器产生超声信号，通过感应线圈传递至换能器产生超声振动，再通过变幅杆将轴向振动转换为砂轮的径向振动。

  一实施例之中：该旋转主轴部分传动连接电机以通过电机带动旋转主轴部分转动。

  一实施例之中：该旋转主轴部分包括转套，该转套上端传动连接电机，由电机带动该转套转动；该超声振动部分和转套通过法兰盘固装在一起，该法兰盘固接在变幅杆上，该法兰盘固装在转套下端，且该超声发生器和换能器位于转套内。

  一实施例之中：还包括一固接在旋转主轴部分外的主轴罩，该旋转主轴部分、超声发生器、换能器、变幅杆和感应线圈都装在主轴罩内，该变幅杆伸出主轴罩之外，该砂轮固装在变幅杆之伸出末端；该主轴罩上设有进气口与出气口，以能往主轴罩内循环补入冷却气体。

  一实施例之中：还包括超声振动检测传感器和温度传感器，该主轴罩包括周壁及固接在周壁下端口的底壁，该超声振动检测传感器用于实时监测超声振动的频率和振幅且它固接在主轴罩之底壁上，该温度传感器用于监控超声振动主轴温度且它固接在主轴罩之周壁上。

  超声振动辅助自旋转磨削机床，包括机床主体和上述的超声振动辅助自旋转磨削机床主轴装置；该机床主体包括机床壳体部分和载物盘自旋转部分；该机床壳体包括立式箱型主壳体和装接在立式箱型主壳体的机床舱门，主轴装置和载物盘自旋转部分都装设在机床壳体内；该载物盘自旋转部分包括能相对机床壳体转动的自旋转主轴、装接在自旋转主轴上的载物台、皮带及带轮、行星齿轮减速器、联轴器和伺服电机；该伺服电机通过联轴器与行星齿轮减速器连接，该减速器通过皮带及带轮将扭矩传动至自旋转主轴，该自旋转主轴带动载物台进行旋转；该砂轮位于载物台之正上。

  一实施例之中：该载物盘自旋转部分还包括微调底座，该微调底座固装在自旋转主轴上，该载物台通过微调螺母连接在微调底座上，通过微调底座上的微调螺母能对载物台的平面度进行微调。

  主轴装置包括旋转主轴部分和超声振动部分，它在传统自旋转磨削机床主轴上施加超声振动，使砂轮在高速旋转的同时砂轮径向方向产生超声振动，从而实现超声振动辅助自旋转磨削，不仅可提高磨削效率，能提高加工表面上的质量，而且还可防止砂轮堵塞等，对于推动超声辅助磨削技术的大范围的应用具有重要意义。

  采用的超声波监控与温度监控，能稳定控制变幅杆超声波频率，能监控主轴与加工件温度变化。

  请查阅图1和图2，超声振动辅助自旋转磨削机床，包括自旋转磨削机床的机床主体及主轴装置，该机床主体包括机床壳体部分和载物盘自旋转部分，该主轴装置包含旋转主轴部分和超声振动部分，该超声振动部分固装在旋转主轴部分上。

  该机床壳体部分包括立式箱型主壳体26和装接在立式箱型主壳体26上的机床舱门25。具体结构如：该立式箱型主壳体26设开口，该机床舱门25滑动或转动连接在立式箱型主壳体26以打开或关闭开口。

  该载物盘自旋转部分包括载物台15、微调底座17、能相对转动地设于主壳体26内的自旋转主轴18、皮带19及带轮(大带轮20、小带轮21)、行星齿轮减速器22、联轴器23和装设在主壳体内的伺服电机24；该伺服电机24通过联轴器23与行星齿轮减速器22连接，该减速器22通过皮带19及带轮(大带轮20、小带轮21)将扭矩传动至自旋转主轴18，该自旋转主轴18带动载物台15进行旋转，具体结构中，该微调底座固装在自旋转主轴上，该载物台通过微调螺母连接在微调底座上，通过微调底座17上的微调螺母16对载物台15的平面度进行微调。

  该旋转主轴部分传动连接电机1，由电机1带动旋转主轴部分高速转动。具体实施方式之中，该旋转主轴部分包括转套13，该转套13上端传动连接电机1，由电机1带动该转套13高速转动。

  该超声振动部分包括超声发生器2、换能器3、变幅杆4、砂轮5、法兰盘6和感应线，该砂轮5固装在变幅杆4末端上，其中：该超声发生器2产生超声信号，通过感应线产生超声振动，再通过变幅杆4将轴向振动转换为砂轮5的径向振动。本实施例之中，该砂轮5轴线长度方向布置。本具体实施方式之中：选用砂轮径向超声振动的频率可根据自身的需求进行设计，如在15-55khz范围内，振幅可根据有必要进行调节，如在0-15μm之间；选用超声发生器所产生的信号如通过电感线圈、电刷或其他方式传入超声换能器，使其产生超声振动；选用砂轮与主轴之间如采用一体式设计与制备，或如采用分开设计变幅杆与砂轮，然后将砂轮安装在超声主轴上。

  该超声振动部分通过法兰盘6固接在旋转主轴部分上，具体结构中，该法兰盘6固接在变幅杆4上且固装在转套13下端，且该超声发生器2和换能器3位于转套13内。

  该主轴装置还包括一固接在转套13外的主轴罩10及冷却循环系统；该旋转主轴部分、超声发生器2、换能器3、变幅杆4、法兰盘6和感应线固装在变幅杆4之伸出末端；该主轴罩10上设有进气口11与出气口12，该冷却循环系统接通进气口11与出气口12以能往主轴罩10内循环补入冷却气体，以控制超声振动主轴装置温度，该进气口11和出气口12设在主轴罩10的上端壁上。

  根据自身的需求，该主轴装置还包括超声振动检测传感器8和温度传感器9；该超声振动检测传感器8用于实时监测超声振动的频率和振幅，且它的频率测量范围为100hz-100khz，以确保超声振动系统的正常振动；该温度传感器9用于监控超声振动主轴温度，防止超声部分温度过高，且它的测温范围为10-500℃。其中：该超声振动检测传感器8固接在主轴罩10之底壁上，该温度传感器9固接在主轴罩10之周壁上。

  本具体实施方式相较于现存技术，具有如下有益效果：在传统自旋转磨削中加入超声波辅助磨削，以降低损伤层，提高加工效率，增加砂轮排屑，减少砂轮损耗，同时也监控超声频率来稳定加工中的一致性，另外，温度感测器可以直接感测工艺流程中主轴与加工件上的温度，进而进行调节砂轮进给，降低因阻力造成加工件的损坏，因此可大范围的使用在硬脆材料的磨削加工中。

  以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

  1. 金属材料表面改性技术 2. 超硬陶瓷材料制备与表面硬化 3. 规整纳米材料制备及应用研究

  1.数字信号处理 2.传感器技术及应用 3.机电一体化产品开发 4.机械工程测试技术 5.逆向工程技术研究

  1.精密/超精密加工技术 2.超声波特种加工 3.超声/电火花复合加工 4.超声/激光复合加工 5.复合能量材料表面改性 6.航空航天特种装备研发

  1. 先进材料制备 2. 环境及能源材料的制备及表征 3. 功能涂层的设计及制备 4. 金属基复合材料制备