[发明专利]一种变位自转超声波振动平面双面研磨数控机床

说明书

技术领域

本发明属于机械加工设备技术领域，涉及一种进行平面双面研磨的数控机床，具体涉及一种变位自转超声波振动平面双面研磨数控机床。

背景技术

研磨是精密和超精密加工的最终光整加工方法，研磨方法可分为散粒磨料研磨、固着磨料研磨、磁力研磨、振动研磨、电解研磨、机械化学研磨、磁性流体研磨等。按工件表面形状可分为两大类：平面研磨和曲面研磨。平面研磨又可分为单面研磨和双面研磨，双面研磨是工件在上研磨盘和下研磨盘之间，同时研磨工件的两面，研磨效率高。本发明具体涉及固着磨料（即将磨料和磨具合一为研磨盘）平面双面研磨数控机床。

研磨原理要求包括：1）研磨运动的轨迹在每一瞬时都应该是不断改变的（即研磨运动轨迹应当是时变的），轨迹应当尽可能不重复，以保证被研磨的工件表面上获得均匀的，无主导方向的研磨条纹。2）研磨盘与工件间的相对运动速度分布对于研磨盘的均匀磨损、工件的均匀研磨以及研磨盘和工件表面形状精度都是非常重要的，应尽量使相对运动速度分布均匀。3）为提高加工效率，应选用较高的研磨速度；但表面残余应力将随着研磨速度的增加而增大，且随着速度的增加，工件表面硬化程度变大，因此表面残余应力及硬化制约了研磨速度的提高。

对固着磨料平面研磨而言，要求在研磨盘旋转的同时，工件必须能够自转，才能保证研磨运动（研磨盘与工件之间的相对运动）轨迹不重复，满足研磨运动轨迹时变的要求。现有的双面研磨机大多采用行星机构驱动隔离盘作行星运动带动工件自转，行星机构结构比较复杂，隔离盘(行星轮)的受力状况比较恶劣，磨损比较严重；工件自转中心与研磨盘中心的距离（半径）为定值，可以称谓定距离自转，定距离自转的缺点之一是工件自转中心处自转速度为零，因此研磨运动轨迹时变性差，另一缺点是工件表面各研磨点处的研磨速度是研磨盘转速与工件自转转速在研磨点处的线速度之和，由于工件自转中心处自转速度为零使研磨速度分布均匀性差。还有的平面双面研磨机采用隔离盘作偏心平动的形式，上、下研磨盘固定不动，工件装夹在隔离盘中随隔离盘做平面运动（由正弦机构带动），这种平面双面研磨机可以部分改善前一种方法的研磨运动轨迹时变性差和研磨速度分布均匀性差的缺点；但仍然存在正弦机构结构比较复杂，隔离盘的受力状况比较恶劣，磨损比较严重的缺点；特别是其上、下研磨盘固定，仅工件做平面运动，研磨速度很低，加工效率低下。一般的平面双面研磨机床的研磨接触压力采用液压装置控制。目前还没有工件既可随动自转（无隔离盘带动自转）、又可由数控自动控制自转位置的变位自转平面双面研磨数控机床。

超声波振动研磨有散粒磨料超声波振动研磨和固着磨料磨具超声波振动研磨。固着磨料磨具超声波振动研磨是用超声波振动装置驱动固着磨料磨具产生高频振动。固着磨料磨具超声波振动研磨与普通研磨的主要不同是，普通研磨时磨具相对工件运动一次，磨具中磨粒切削刃只切削一次，而超声波振动研磨时，磨具上的每一个切削刃都在以每秒2-5万次的频率振动，进行微细切削(研磨)，加工效率高而且使工件表面产生均匀细密的切痕，表面粗糙度小，加工精度提高。固着磨料磨具超声波振动研磨适合小质量固着磨料磨具应用（如外圆研磨），在平面双面研磨的双面研磨盘上实现很困难，目前还没有用超声波振动装置驱动上、下研磨盘作高频振动的平面双面研磨数控机床。

发明内容

本发明的目的是提供一种变位自转超声波振动平面双面研磨数控机床，以综合提高研磨运动轨迹时变性、研磨速度分布均匀性；采用超声波振动装置驱动隔离盘产生高频振动，提高加工效率和加工精度。

本发明所采用的技术方案是，一种变位自转超声波振动平面双面研磨数控机床，包括在机床的床身上设置有立柱，在床身台面上设置有Y轴运动组件，Y轴运动组件上表面安装有绕Z坐标回转的下回转运动组件，下回转运动组件同轴安装有下研磨盘；立柱上固定安装有超声波振动组件，超声波振动组件上设置有夹持工件组件的隔离盘；立柱的上方安装有X轴运动组件， X轴运动组件的立面安装有Z轴运动组件，Z轴运动组件上设置有绕Z坐标回转的上回转运动组件，上回转运动组件的回转轴上同轴安装有上研磨盘。

本发明的变位自转超声波振动平面双面研磨数控机床，其特征还在于：

所述X轴运动组件、Z轴运动组件、Y轴运动组件均设置有数控伺服轴，Z轴运动组件采用力矩控制模式，Z轴运动组件的位置精度采用Z运动轴的位移传感器控制模式；X轴运动组件、Y轴运动组件均采用位置控制模式；上回转运动组件和下回转运动组件绕Z坐标的回转运动采用变频电机驱动模式。