[發明專利]一種超聲微磨削加工設備及工藝

有效

• 申請號: 201410040008.0
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103769959B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李輝;張建華;張小俊;曹志民;魏智
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B41/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬

技術領域

本發明涉及特種加工技術領域，更具體的涉及一種超聲磨削加工設備及工藝。

背景技術

特種加工是指不屬于傳統加工工藝范疇的加工方法，他不同于使用道具、磨具等直接利用機械能切除多余材料的傳統加工方法，泛指使用電能、熱能、光能、化學能、電化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。特種加工是近幾十年來發展起來的新工藝，是對傳統加工工藝方法的重要補充與發展，目前仍在繼續研究與發展中。

隨著科技與生產的發展，脆硬材料(如釹鐵硼永磁材料、工程陶瓷、光學玻璃等)在航空航天、國防工業、現代醫學及生物工程技術等領域中的應用日趨廣泛。由于脆硬材料的脆性較大，加工時在磨粒作用下易發生斷裂，因此其加工機理比金屬材料加工更為復雜。近幾十年來，眾多學者對脆性材料去除機理進行了研究結果表明，超聲振動塑性磨削與普通塑性磨削材料去除機理不同，超聲振動塑性磨削除了使材料剪切破壞外，還使材料在高頻振動下發生疲勞破壞，加速材料的去除，故比普通磨削效率更高。

實現超聲振動塑性磨削的條件不僅與磨削深度有關，還與振幅和頻率有關，超聲磨削加工能夠綜合超聲波加工和高速磨削加工的特點，有效改善工件的表面質量。超聲磨削加工是近幾十年來逐步發展和應用的一種新型加工方法，不僅能加工硬質合金、淬火鋼等硬脆金屬材料，而且更適合于半導體和不導電的非金屬硬脆性材料的加工和成型加工。在脆硬材料的加工中，超聲磨削加工具有普通加工方法無法比擬的工藝效果。

微細切削加工技術是傳統加工工藝向微觀尺度的延伸，該技術能夠加工出形狀非常復雜的微小零件，具有能耗小、加工精度高、材料的加工范圍廣、投資小等優點，包括微銑削、微磨削等多種加工方法。微銑削能夠加工出具有復雜結構的三維微零件，適用于加工延展性能較好的金屬材料，對脆硬材料的加工性能有限，且微細零件常存在表面缺陷、毛刺等缺陷。近年來，微磨削加工成為復雜微結構零件的一種加工方式；研究表明與其他微機械加工工藝相比，微磨削加工零件的加工精度高，且可加工脆硬材料，在加工微傳感器、微執行器等一些微細零件中，具有明顯的優勢。

盡管國內外學者已分別在超聲振動和微磨削及其相近領域取得一些研究成果，但由于超聲振動輔助切削加工與微磨削加工技術都較為復雜，仍存在一些關鍵問題尚未解決：

1、微磨削熱影響較大

與其他微加工方式相比，微磨削加工過程中產生的熱量較大，磨削熱不但易加劇砂輪氧化磨損，而且對表面質量有一定的影響；

2、微砂輪易磨損且難以修整

由于微磨削中使用的砂輪直徑非常小，導致微砂輪極易磨損，并且微砂輪難以修整，使得微砂輪使用壽命降低，嚴重影響了微磨削加工效率，制約著微細磨削技術的進一步發展；

3、超聲振動磨削機理和尺度零件加工設備研究不夠完善

超聲振動輔助加工已經在車削、鉆削、銼削等方面得到廣泛的應用，但由于磨削過程較為復雜，所以國內外對超聲振動輔助磨削的研究(尤其是加工機理的研究)還不夠深入，對超聲振動輔助磨削加工平臺設計的研究工作還很少，特別是簡單、實用的二維超聲振動平臺設計，更為鮮見。

這些問題不僅嚴重制約著微細磨削加工技術的進步，而且也在很大程度上影響著我國的航空航天、國防工業、現代醫學及生物工程技術等領域的發展。

發明內容

本發明的一個目的在于提出一種由壓電疊層作動器作為單一驅動源，在二位平面上以極坐標作為磨削標準坐標系進行磨削加工的單驅動極坐標二維超聲微磨削加工設備。

本發明的另一個目的在于提出一種具有干磨削、濕磨削、圓周磨削、端面磨削等多種磨削方式的超聲微磨削加工設備。

本發明的再一個目的在于提出一種使用單驅動極坐標二維超聲微磨削加工設備進行磨削加工的工藝過程。

為達此目的本發明采用以下技術方案：

一種超聲微磨削加工設備，包括隔振工作臺，所述隔振工作臺上固定有左右對稱設置的立柱，所述立柱之間通過橫梁連接，所述橫梁上設置有帶動磨削裝置高速旋轉的主軸組件，所述主軸組件的下方設置有超聲振動平臺，所述超聲振動平臺為由壓電疊層作動器驅動，以極坐標系為工作坐標系的二維超聲振動平臺。

進一步的，所述隔振工作臺上還設置有吸振臺，所述吸振臺設置于所述橫梁的下方，位于所述立柱之間；所述吸振臺的上表面設置有三向微進給系統，所述三向微進給系統通過承載板連接有檢測裝置；所述檢測裝置的上表面設置有超聲振動平臺。