[發(fā)明專利]一種二維超聲振動(dòng)拋光加工裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610177819.4
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN105619187A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋盾蘭;趙繼;周淑紅;盧磊;樊成;張富;王昕;曲興田;冀世軍
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/04
• 分類號(hào): B24B1/04
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種二維超聲振動(dòng)拋光加工裝置，工件夾具通過螺釘固定到機(jī)床x軸上，機(jī)床x軸、機(jī)床y軸、機(jī)床z軸與機(jī)床主體通過調(diào)試后固定連接，其特征在于：二維超聲振動(dòng)拋光工具通過螺釘緊固到機(jī)床z軸上；所述二維超聲振動(dòng)拋光工具的結(jié)構(gòu)是：兩個(gè)振子固定法蘭座與振子固定法蘭蓋分別與x向超聲振子和y向超聲振子通過螺紋連接，兩個(gè)振子固定法蘭座垂直布置在工具系統(tǒng)支承座上且通過螺釘連接，從而將x向超聲振子和y向超聲振子垂直定位在同一平面內(nèi)，x向超聲振子和y向超聲振子分別通過雙頭螺柱連接到鉸鏈接頭上，工具桿與拋光頭粘接后安裝在鉸鏈接頭的定位孔上，并通過工具抱緊螺釘夾緊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維超聲振動(dòng)拋光加工裝置，其特征在于：所述x向超聲振子和y向超聲振子結(jié)構(gòu)相同，均為階梯型，振子聯(lián)接法蘭分別在x向超聲振子和y向超聲振子的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置，且兩法蘭直徑和厚度相同，裝配時(shí)法蘭蓋從里側(cè)向外壓緊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維超聲振動(dòng)拋光加工裝置，其特征在于：所述工具系統(tǒng)支承座通過螺紋固定有加強(qiáng)筋。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維超聲振動(dòng)拋光加工裝置，其特征在于：所述雙頭螺柱兩端均為右螺旋螺紋。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維超聲振動(dòng)拋光加工裝置，其特征在于：所述鉸鏈接頭由兩個(gè)垂直并聯(lián)的柔性鉸鏈、兩個(gè)雙頭螺柱連接孔、工具桿安裝孔、工具桿夾緊孔組成。

6.一種二維超聲振動(dòng)拋光方法，其特征在于包括下列步驟：

一、將工件固定在工件夾具上，工件夾具隨著機(jī)床x軸和機(jī)床y軸運(yùn)動(dòng)，二維超聲振動(dòng)拋光工具提供拋光頭的拋光主運(yùn)動(dòng)，通過機(jī)床z軸進(jìn)給，拋光頭與工件接觸；

二、智能數(shù)控超聲發(fā)生器激勵(lì)x向超聲振子和y向超聲振子同一平面內(nèi)相互垂直的縱向振動(dòng)，發(fā)生器為雙路輸出，發(fā)出超聲信號(hào)頻率為f₁、f₂，也分別為拋光頭x向和y向振動(dòng)頻率，相位差為θ；x向超聲振子和y向超聲振子分別在x向和y向的縱向振動(dòng)在工具桿處耦合二維振動(dòng)，形成拋光頭在拋光加工切平面內(nèi)瞬時(shí)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)公式為：

x＝asin(2πf₁t)

y＝bsin(2πf₂t+θ)

其中x為拋光頭x方向位移函數(shù)，y為拋光頭y向位移函數(shù)，a、b為實(shí)驗(yàn)標(biāo)定所得 拋光頭x向、y向振幅，t為時(shí)間變量，π為圓周率常數(shù)；

三、當(dāng)拋光頭在x向、y向具有同一振幅和頻率、相位差為π/2時(shí)，拋光頭的運(yùn)動(dòng)速度公式如下：

x＝asin(2πft)，y＝acos(2πft)，v_x＝2πfacos(2πft)，v_y＝-2πfasin(2πft)，

|v|＝2πfa，

其中，a為拋光頭x向和y向振幅，f為拋光頭振動(dòng)頻率，t為時(shí)間變量，x，y為拋光頭x、y向位移，v_x、v_y為對應(yīng)速度，|v|為拋光頭合速度，此時(shí)拋光頭線速度大小為與時(shí)間無關(guān)的常數(shù)，則單位時(shí)間d_t拋光去除深度Δδ為：

Δδ＝kpvd_t，其中k為Preston系數(shù)，v為拋光頭與工件相對速度，p為拋光正壓力，t為拋光時(shí)間，因f單位為kHz，故振動(dòng)合成拋光頭線速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過機(jī)床運(yùn)動(dòng)所致線速度，則v為拋光頭振動(dòng)合成線速度值|v|，則Δδ＝kpvd_t＝kp|v|d_t＝2kpπfad_t，去除深度δ為：δ＝Δδgt＝2kpπfat，

四、精拋：當(dāng)拋光頭振動(dòng)頻率比為0.909，振幅相同，相位差為π/2時(shí)，即：f₁/f₂＝0.909,a＝b,θ＝π/2。