[發明專利]近場超聲空化復合流體剪切的微細齒輪光整加工裝置及加工方法

在審

• 申請號: 201910602790.3
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110315399A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 郭策;劉佳;楊勝強;李文輝;李秀紅;張棟梁;楊豐毓;姚炳廷
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B9/00;B24B57/02;B24B41/06
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬于精密和超精密加工領域，特別涉及到一種近場超聲空化復合流體剪切的微細齒輪光整加工裝置及加工方法。包括近場超聲空化系統、流體剪切系統以及拋光液循環系統，近場超聲空化系統包括超聲波發生器、壓電換能器、變幅桿、上托盤、下托盤和精密支架；所述超聲波發生器與壓電換能器通過導線連接，壓電換能器與變幅桿通過雙頭螺柱連接，變幅桿上設置有用于與精密支架固定的法蘭盤，變幅桿與上托盤通過螺栓連接，上托盤下方設置下托盤，下托盤上設置有微細齒輪，微細齒輪與夾具通過螺栓連接。本發明拋光液的空化氣泡與固體磨粒顆粒能夠有效清潔微細溝槽結構界面，從而實現微細齒輪的高效、精密、綠色和柔性的光整加工。

技術領域

本發明屬于精密和超精密加工領域，特別涉及到一種近場超聲空化復合流體剪切的微細齒輪光整加工裝置及加工方法。

背景技術

隨著產品日益向小型化、智能化以及微細化發展，微細結構零件的光整加工技術將成為微細零件制造的潛在發展方向。具有表面功能的微細溝槽結構零件如微細通道、微細肋條、微細槽孔、微細凹坑等，使得傳統的精密及超精密加工方法很難達到理想的加工質量和加工效率。

微細齒輪是微細結構零件的典型代表。具有微細溝槽結構特征的微細齒輪是微型衛星和微型飛行器的陀螺儀、軍用微型機器人和微機電系統等前沿科技產品主要的傳動和動力部件。但是，微細齒輪的溝槽結構給其制造和加工工藝帶來了很多不便，目前技術獲得的微細齒輪加工精度較低，而且齒輪質量普遍不高。這就導致提升微細齒輪質量必需依靠最終的加工工藝——光整加工。

微細齒輪的外徑一般間于0.1-10 mm，因此其溝槽結構在光整加工時容易成為薄弱環節。對微細溝槽結構進行光整加工，就需要將前一道工序留在結構表面上的各種缺陷，如表面凸凹不平、殘缺棱邊、飛邊毛刺、磕碰劃傷、微觀裂紋等等去除，以保證溝槽結構的完整性。目前，微細結構元件主要借助傳統光整加工方法如拋光法和去毛刺法提升其加工精度和降低表面粗糙度值，這些方法總體上大都靠經驗進行操作，不僅耗時、工作強度大、而且加工效率和精度都偏低，更難以保證加工質量；雖然也有部分超聲清洗和化學加工等非傳統光整加工方法提出，但是應用較為局限。專利(ZL201410400983.8)公開了一種超聲控制的剪切增稠拋光方法及裝置，針對復雜曲面提出超聲波控制的剪切增稠拋光方法，這種方法借助遠場超聲波增強了剪切流體中固體顆粒的把持力，但是遠場超聲波空化作用較為微弱，對固體顆粒沖擊強化作用提升有限，故難以對微細溝槽結構的表面質量有較大范圍的改進。

針對上述微細齒輪光整加工需求，需要對微細齒輪的光整加工方法進行改進，設計合理的微細齒輪光整加工工藝，實現微細齒輪的表面質量提升。

發明內容

本發明針對微細齒輪光整加工的特點，以便提升固體磨料顆粒研磨和拋光的能力，減少側壁結構的殘留毛刺，降低溝槽底面和側壁結構的表面粗糙度，進而實現微細齒輪的光整加工，提供一種近場超聲空化復合流體剪切的微細齒輪光整加工裝置及加工方法。

本發明采取以下技術方案：一種近場超聲空化復合流體剪切的微細齒輪光整加工裝置，包括近場超聲空化系統、流體剪切系統以及拋光液循環系統，近場超聲空化系統包括超聲波發生器、壓電換能器、變幅桿、上托盤、下托盤和精密支架；所述超聲波發生器與壓電換能器通過導線連接，壓電換能器與變幅桿通過雙頭螺柱連接，變幅桿上設置有用于與精密支架固定的法蘭盤，變幅桿與上托盤通過螺栓連接，上托盤下方設置下托盤，下托盤上設置有微細齒輪，微細齒輪與夾具通過螺栓連接。

精密支架包括水平移動構件、豎直移動構件和移動托盤，所述水平移動構件一端開有用于固定變幅桿法蘭盤的孔，水平移動構件的另一端與開有內直槽的豎直移動構件通過螺栓連接；豎直移動構件的末端與移動托盤通過螺栓連接；所述的動托盤用于支撐整個精密支架；豎直移動構件開有豎直刻度表；所述的移動托盤開有回轉角度盤。