[發明專利]一種二維超聲振動拋光加工裝置及方法

有效

• 申請號: 201610177819.4
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105619187A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）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）人: 吉林大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于機械制造技術領域。

背景技術

拋光作為超精密加工的最后一道工序，效率和精度這對矛盾的命題一直制約著拋光加工的發展，而橢圓振動拋光則很好的兼顧了這兩個矛盾的命題。自二十世紀六十年代隈部淳一郎創造性地將振動切削系統性應用與機械加工以來，振動輔助加工越來越受到切削加工研究者的青睞。從一維振動到二維振動輔助拋光，旨在提高效率和加工質量，超聲拋光應用也越來越廣泛。

已有應用于拋光的超聲加工，大多為輔助拋光手段，往往與旋轉加工或特種加工相結合應用，諸如公開號為CN102172852A的文獻公開了一種超聲磁流變復合拋光技術，一維超聲振動旨在改善磁流變拋光效果并提高效率，公開號為CN103817563A的文獻公開了一種適用于磨削和拋光的超聲振動輔助方法，旨在改善加工效果及微結構表面尖銳處破壞問題，公開號為CN203636513U的文獻公開了一種超聲輔助化學拋光，將一維超聲振動應用于化學拋光，改善研拋條件，等等。這些應用主要將超聲作為一種輔助手段，旨在改善效果，且由于工具主運動往往是高速回轉的，具有拋光力不穩定性。

公開號為CN104476378A的文獻公開了一種單激勵超聲橢圓振動拋光裝置，拋光頭縱彎復合振動與工件的往復運動實現拋光，運動方式比較單一，能加工的面型受限；

公開號為CN1616568A的文獻公開了一種二維流體振動拋光裝置及方法，主要特點是成本低，但拋光為不確定去除，僅適應于平面光整，無法應用于確定性拋光。

發明內容

本發明提供一種二維超聲振動拋光加工裝置及方法，以解決拋光為不確定去除，拋光力不穩定，加工面型受限的問題。

本發明采取的技術方案是：工件夾具通過螺釘固定到機床x軸上，機床x軸、機床y軸、機床z軸與機床主體通過調試后固定連接，二維超聲振動拋光工具通過螺釘緊固到機床z軸上；所述二維超聲振動拋光工具的結構是：兩個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，兩個振子固定法蘭座垂直布置在工具系統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，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。

所述x向超聲振子和y向超聲振子結構相同，均為階梯型，振子聯接法蘭分別在x向超聲振子和y向超聲振子的振動節點位置，且兩法蘭直徑和厚度相同，裝配時法蘭蓋從里側向外壓緊。

所述工具系統支承座通過螺紋固定有加強筋。

所述雙頭螺柱兩端均為右螺旋螺紋，使連接更穩定。

所述鉸鏈接頭由兩個垂直并聯的柔性鉸鏈、兩個雙頭螺柱連接孔、工具桿安裝孔、工具桿夾緊孔組成。

一種二維超聲振動拋光方法，包括下列步驟：

一、將工件固定在工件夾具上，工件夾具隨著機床x軸和機床y軸運動，二維超聲振動拋光工具提供拋光頭的拋光主運動，通過機床z軸進給，拋光頭與工件接觸；

二、智能數控超聲發生器激勵x向超聲振子和y向超聲振子同一平面內相互垂直的縱向振動，發生器為雙路輸出，發出超聲信號頻率為f₁、f₂，也分別為拋光頭x向和y向振動頻率，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向的縱向振動在工具桿處耦合二維振動，形成拋光頭在拋光加工切平面內瞬時隨機運動軌跡，運動公式為：

x＝asin(2πf₁t)

y＝bsin(2πf₂t+θ)

其中x為拋光頭x方向位移函數，y為拋光頭y向位移函數，a、b為實驗標定所得拋光頭x向、y向振幅，t為時間變量，π為圓周率常數；

三、當拋光頭在x向、y向具有同一振幅和頻率、相位差為π/2時，拋光頭的運動速度公式如下：

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為拋光頭振動頻率，t為時間變量，x，y為拋光頭x、y向位移，v_x、v_y為對應速度，|v|為拋光頭合速度，此時拋光頭線速度大小為與時間無關的常數，則單位時間d_t拋光去除深度Δδ為：