具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开了一种具有柔性接触振幅补偿的超声振动砂带磨头，包括驱动结构1、砂带2、转接板3、张紧机构4、超声系统固定装置5、超声振动系统6、振幅补偿器7和接触轮8。

所述转接板3通过悬臂301固定在砂带磨床9上，参见图3，转接板3面向砂带磨床9的一侧记为转接板3后侧，转接板3背向砂带磨床9的一侧记为转接板3前侧。

参见图1，所述转接板3上安装有驱动结构1、张紧机构4和超声振动系统6，驱动结构1包括驱动轮101、联轴器102和伺服电机103，参见图3，联轴器102的一端穿过转接板3并与转接板3后侧的伺服电机103连接，另一端与转接板3前侧的驱动轮101连接。

参见图3，所述张紧机构4包括扭簧罩401、端盖402、平键403、扭簧404、芯轴405、扭转臂407、张紧轮408和张紧轮轴承409，扭簧罩401的两端敞口且内部中空，扭簧罩401的一端安装在转接板3后侧壁上,扭簧罩401远离转接板3的一端设置有端盖402，端盖402通过多个螺钉固定在扭簧罩401上，端盖402的内壁上设置有供芯轴405端部安装的圆孔，芯轴405的一端穿过转接板3并伸入扭簧罩401以及端盖402的圆孔内，另一端与转接板3前侧的扭转臂407固接。所述扭转臂407与芯轴405连接的一端设置套筒，扭转臂407上的套筒通过平键403与芯轴405连接。所述芯轴405与扭簧罩401的内壁之间设置有轴承406。

位于所述扭簧罩401内的扭簧404套设在芯轴405上，扭簧404的一端固定在芯轴405上，另一端固定在扭簧罩401内壁上，扭簧404处于预扭转状态。

所述扭转臂407的端部连接有张紧轮销轴410，张紧轮销轴410上安装有张紧轮轴承409，张紧轮408固定在张紧轮轴承409上。

参见图3，所述超声振动系统6包括换能器601、超声波发生器602和变幅杆603，所述换能器601通过超声系统固定装置5固定在转接板3上，超声系统固定装置5为由两块相垂直的平板拼接成的L型结构，超声系统固定装置5的一块平板通过多个螺钉固定在转接板3上，另一个平板通过多个螺钉与换能器601上端的法兰盘连接。

所述换能器601的下端与变幅杆603连接，换能器601与超声波发生器602连接，变幅杆603的下端设置有外螺纹。

参见图4，所述振幅补偿器7包括补偿杆701、弹簧702和限位板703，补偿杆701上端的直径大于下端的直径，且上端设置有螺纹孔，补偿杆701的上端与变幅杆603采用螺纹连接，下端设置有凹槽Ⅰ7011，弹簧702安装在凹槽Ⅰ7011内，弹簧702为强力弹簧。所述补偿杆701的螺纹端直径大于另一端直径，当变幅杆603上的振动传递至补偿杆701时，超声振动能量由补偿杆701螺纹端传递至另一端实现结构聚能增振补偿，弹簧702与补偿杆701底部中心平面的超声振动形成谐振增振补偿。

参见图4，所述接触轮8包括接触轮安装柄801和橡胶轮804，接触轮安装柄801的上端设置有与凹槽Ⅰ7011相匹配的凸缘8011，凸缘8011的上端设置有供弹簧702安装的环形槽8012。所述凸缘8011的侧壁设置有两个相互平行的导向平面80111，与凹槽Ⅰ7011中的两平行平面配合，进行运动导向，防止凸缘8011周向扭转。

所述凸缘8011安装到凹槽Ⅰ7011内，弹簧702的下端安装在环形槽8012内，上端与凹槽Ⅰ7011顶部抵紧。

所述限位板703包括两个具有半圆形缺口的组合板，两个组合板在缺口处拼接形成供接触轮安装柄801穿过的通孔，接触轮安装柄801上端的直径大于该通孔的直径，下端的直径小于该通孔的直径，限位板703通过其通孔套在接触轮安装柄801上并固定在补偿杆701的下端面上；

参见图4，所述接触轮安装柄801的下端连接有轮子固定板805，轮子固定板805上设置有开口朝下的凹槽Ⅱ，接触轮销轴803横穿凹槽Ⅱ和接触轮轴承802且其两端铆接在凹槽Ⅱ的两侧。

所述接触轮销轴803上安装有接触轮轴承802，橡胶轮804安装在接触轮轴承802上。

所述砂带2位于转接板3的前侧，砂带2缠绕在驱动轮101、张紧轮408和橡胶轮804的外围，砂带2为普通砂带。

工作时，所述驱动轮101驱动砂带2转动，控制伺服电机103的转速可以调节驱动轮101的转速，进而实现砂带磨削加工的线速度控制，张紧轮408在扭簧404的作用下对砂带2张紧。参见图2，所述超声波发生器602将电信号转化为高频电信号，换能器601中的压电陶瓷晶片6011将高频电信号转化为微机械振动信号，变幅杆603将换能器中的微机械振动振幅放大，振幅补偿器7对变幅杆603末端的振动进行二次放大后驱动橡胶轮804上下振动，对柔性的橡胶轮804的变形吸振进行补偿，橡胶轮804振动带动砂带2对磨削加工表面进行高频冲击，橡胶轮804处的砂带2转动进行材料去除。

砂带磨抛加工过程中，所述变幅杆603末端的高频机械振动传递至振幅补偿器7中的补偿杆701，由于补偿杆701的直径发生变化，在另一端发生聚能，实现第一次的振幅补偿。所述振幅补偿器7中的弹簧702处于压缩状态，当机械超声振动通过补偿杆701传递至弹簧702时，带动弹簧702进行谐振，由于弹簧702处于预压缩状态，谐振后整体的振动增强，即进行了第二次振幅放大，通过更换不同高度的弹簧702可以调节增幅效果。所述补偿杆701的一次振幅补偿和弹簧谐振的二次振幅补偿共同对接触轮的柔性吸振进行补偿。该装置对于探究砂带磨削过程中超声振动对表面完整性、力学性能的影响具有重要意义。

值得说明的是，在砂带磨削加工过程中引入超声振动冲击是解决上述矛盾、实现砂带磨削中的材料去除和表面强化一体化加工的有效途径。然而现有的超声振动砂带磨头存在柔性力控系统的吸振、接触轮的柔性吸振以及机械超声振动双向传递，使得接触部位砂带的振动幅值差异较大且不可控，对加工表面产生不利影响。而本实施例所述装置通过将超声振动装置5刚性固定在转接板3上避免了柔性力控系统的吸振，实现了超声振动的单向传播，增加了橡胶轮805振动的振幅调节范围。在所述变幅杆603和接触轮8之间设置振幅补偿器7，可以实现二次增振，对接触轮8的柔性吸振进行补偿。

磨抛加工过程中，所述超声振动系统6带动接触轮8上下振动，在砂带磨削材料去除的过程中，同时在加工表面施加垂直于接触表面的超声振动对磨抛加工表面进行小幅高频冲击。该装置实现了表面精密磨抛加工与表面强化的有机融合，在砂带抛磨加工的过程中引入较大的表面残余压应力和细化的微观组织，改善了表面质量，提升了材料表面的完整性和综合力学性能，对于减少零件加工工序、提高生产效率和提升表面综合性能具有重要意义。

本发明的目的是提供一种具有柔性接触振幅补偿的超声振动砂带磨头，以解决现有超声振动砂带磨头存在的柔性力控系统的吸振以及接触轮的柔性吸振以及接触部位砂带的振动幅值差异较大且不可控等问题。

实施例2：

本实施例公开了一种具有柔性接触振幅补偿的超声振动砂带磨头，包括驱动结构1、砂带2、转接板3、张紧机构4、超声系统固定装置5、超声振动系统6、振幅补偿器7和接触轮8。

所述转接板3固定在砂带磨床9上，参见图3，转接板3面向砂带磨床9的一侧记为转接板3后侧，转接板3背向砂带磨床9的一侧记为转接板3前侧。

参见图1，所述转接板3上安装有驱动结构1、张紧机构4和超声振动系统6，驱动结构1包括驱动轮101、联轴器102和伺服电机103，参见图3，联轴器102的一端穿过转接板3并与转接板3后侧的伺服电机103连接，另一端与转接板3前侧的驱动轮101连接。

参见图3，所述超声振动系统6包括换能器601、超声波发生器602和变幅杆603，换能器601通过超声系统固定装置5固定在转接板3的前侧壁上，下端与变幅杆603连接，换能器601与超声波发生器602连接。

参见图4，所述振幅补偿器7包括补偿杆701、弹簧702和限位板703，补偿杆701的上端与变幅杆603连接，下端设置有凹槽Ⅰ7011，凹槽Ⅰ7011的内侧面设置有相互平行的两导向平面，弹簧702安装在凹槽Ⅰ7011内。

参见图4，所述接触轮8包括接触轮安装柄801和橡胶轮804，接触轮安装柄801的上端设置有与凹槽Ⅰ7011相匹配的凸缘8011，凸缘8011的上端设置有供弹簧702安装的环形槽8012。

所述凸缘8011安装到凹槽Ⅰ7011内，弹簧702的下端安装在环形槽8012内，上端与凹槽Ⅰ7011顶部抵紧。

所述限位板703包括两个具有半圆形缺口的组合板，两个组合板在缺口处拼接形成供接触轮安装柄801穿过的通孔，接触轮安装柄801上端的直径大于该通孔的直径，下端的直径小于该通孔的直径，限位板703通过其通孔套在接触轮安装柄801上并固定在补偿杆701的下端面上。

所述接触轮安装柄801的下端连接有橡胶轮804。

所述砂带2位于转接板3的前侧，砂带2缠绕在驱动轮101、张紧机构4和橡胶轮804的外围。

本实施例所述装置能够实现超声振动与砂带磨抛加工的有机融合，通过振幅补偿器对机械超声振动进行二次放大，补偿接触轮柔性吸振，同时振幅可控。通过该装置可以在砂带抛磨加工中实现材料去除和表面强化一体化加工，对于缩短生产周期、降低生产成本和提升综合性能具有重要意义。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图3，所述张紧机构4包括扭簧罩401、端盖402、平键403、扭簧404、芯轴405、扭转臂407、张紧轮408和张紧轮轴承409，扭簧罩401的两端敞口且内部中空，扭簧罩401的一端安装在转接板3后侧壁上。

所述芯轴405的一端穿过转接板3并伸入扭簧罩401内，另一端与转接板3前侧的扭转臂407固接。位于所述扭簧罩401内的扭簧404套设在芯轴405上，扭簧404的一端固定在芯轴405上，另一端固定在扭簧罩401内壁上。

所述扭转臂407的端部连接有张紧轮销轴410，张紧轮销轴410上安装有张紧轮轴承409，张紧轮408固定在张紧轮轴承409上。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例3，进一步，参见图3，所述扭簧罩401远离转接板3的一端设置有端盖402，端盖402通过多个螺钉固定在扭簧罩401上，端盖402的内壁上设置有供芯轴405端部安装的圆孔，芯轴405伸入扭簧罩401的一端插入端盖402的圆孔内。

实施例5：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图3，所述转接板3通过悬臂301固定在砂带磨床9上。

实施例6：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图3，所述扭转臂407与芯轴405连接的一端设置套筒，扭转臂407上的套筒通过平键403与芯轴405连接。

实施例7：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图3，所述芯轴405与扭簧罩401的内壁之间设置有轴承406。

实施例8：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图4，所述接触轮安装柄801的下端连接有轮子固定板805，轮子固定板805上设置有开口朝下的凹槽Ⅱ，接触轮销轴803横穿凹槽Ⅱ且其两端铆接在凹槽Ⅱ的两侧。

所述接触轮销轴803上安装有接触轮轴承802，橡胶轮804安装在接触轮轴承802上。

实施例9：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图3，所述换能器601的上端通过超声系统固定装置5固定在转接板3上，超声系统固定装置5为由两块相垂直的平板拼接成的L型结构，超声系统固定装置5的一块平板通过多个螺钉固定在转接板3上，另一个平板通过多个螺钉与换能器601上端的法兰盘连接。

实施例10：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述变幅杆603与补偿杆701采用螺纹连接，补偿杆701的螺纹端直径大于另一端直径，当变幅杆603上的振动传递至补偿杆701时，超声振动能量由补偿杆701螺纹端传递至另一端实现结构聚能增振补偿，弹簧702与补偿杆701底部中心平面的超声振动形成谐振增振补偿。

实施例11：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图5，所述凸缘8011的侧壁设置有两个相互平行的导向平面80111，与凹槽Ⅰ7011中的两平行平面配合，进行运动导向，防止凸缘8011周向扭转。