[发明专利]一种超声微磨削加工设备及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，更具体的涉及一种超声磨削加工设备及工艺。

背景技术

特种加工是指不属于传统加工工艺范畴的加工方法，他不同于使用道具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法，泛指使用电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。特种加工是近几十年来发展起来的新工艺，是对传统加工工艺方法的重要补充与发展，目前仍在继续研究与发展中。

随着科技与生产的发展，脆硬材料(如钕铁硼永磁材料、工程陶瓷、光学玻璃等)在航空航天、国防工业、现代医学及生物工程技术等领域中的应用日趋广泛。由于脆硬材料的脆性较大，加工时在磨粒作用下易发生断裂，因此其加工机理比金属材料加工更为复杂。近几十年来，众多学者对脆性材料去除机理进行了研究结果表明，超声振动塑性磨削与普通塑性磨削材料去除机理不同，超声振动塑性磨削除了使材料剪切破坏外，还使材料在高频振动下发生疲劳破坏，加速材料的去除，故比普通磨削效率更高。

实现超声振动塑性磨削的条件不仅与磨削深度有关，还与振幅和频率有关，超声磨削加工能够综合超声波加工和高速磨削加工的特点，有效改善工件的表面质量。超声磨削加工是近几十年来逐步发展和应用的一种新型加工方法，不仅能加工硬质合金、淬火钢等硬脆金属材料，而且更适合于半导体和不导电的非金属硬脆性材料的加工和成型加工。在脆硬材料的加工中，超声磨削加工具有普通加工方法无法比拟的工艺效果。

微细切削加工技术是传统加工工艺向微观尺度的延伸，该技术能够加工出形状非常复杂的微小零件，具有能耗小、加工精度高、材料的加工范围广、投资小等优点，包括微铣削、微磨削等多种加工方法。微铣削能够加工出具有复杂结构的三维微零件，适用于加工延展性能较好的金属材料，对脆硬材料的加工性能有限，且微细零件常存在表面缺陷、毛刺等缺陷。近年来，微磨削加工成为复杂微结构零件的一种加工方式；研究表明与其他微机械加工工艺相比，微磨削加工零件的加工精度高，且可加工脆硬材料，在加工微传感器、微执行器等一些微细零件中，具有明显的优势。

尽管国内外学者已分别在超声振动和微磨削及其相近领域取得一些研究成果，但由于超声振动辅助切削加工与微磨削加工技术都较为复杂，仍存在一些关键问题尚未解决：

1、微磨削热影响较大

与其他微加工方式相比，微磨削加工过程中产生的热量较大，磨削热不但易加剧砂轮氧化磨损，而且对表面质量有一定的影响；

2、微砂轮易磨损且难以修整

由于微磨削中使用的砂轮直径非常小，导致微砂轮极易磨损，并且微砂轮难以修整，使得微砂轮使用寿命降低，严重影响了微磨削加工效率，制约着微细磨削技术的进一步发展；

3、超声振动磨削机理和尺度零件加工设备研究不够完善

超声振动辅助加工已经在车削、钻削、锉削等方面得到广泛的应用，但由于磨削过程较为复杂，所以国内外对超声振动辅助磨削的研究(尤其是加工机理的研究)还不够深入，对超声振动辅助磨削加工平台设计的研究工作还很少，特别是简单、实用的二维超声振动平台设计，更为鲜见。

这些问题不仅严重制约着微细磨削加工技术的进步，而且也在很大程度上影响着我国的航空航天、国防工业、现代医学及生物工程技术等领域的发展。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种由压电叠层作动器作为单一驱动源，在二位平面上以极坐标作为磨削标准坐标系进行磨削加工的单驱动极坐标二维超声微磨削加工设备。

本发明的另一个目的在于提出一种具有干磨削、湿磨削、圆周磨削、端面磨削等多种磨削方式的超声微磨削加工设备。

本发明的再一个目的在于提出一种使用单驱动极坐标二维超声微磨削加工设备进行磨削加工的工艺过程。

为达此目的本发明采用以下技术方案：

一种超声微磨削加工设备，包括隔振工作台，所述隔振工作台上固定有左右对称设置的立柱，所述立柱之间通过横梁连接，所述横梁上设置有带动磨削装置高速旋转的主轴组件，所述主轴组件的下方设置有超声振动平台，所述超声振动平台为由压电叠层作动器驱动，以极坐标系为工作坐标系的二维超声振动平台。

进一步的，所述隔振工作台上还设置有吸振台，所述吸振台设置于所述横梁的下方，位于所述立柱之间；所述吸振台的上表面设置有三向微进给系统，所述三向微进给系统通过承载板连接有检测装置；所述检测装置的上表面设置有超声振动平台。