[发明专利]一种在线抛光微细工具的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳超精密加工技术领域，具体涉及一种在线抛光微细工具的装置及方法。

背景技术

科技日新月异，微型智能化的产品在军工与民用方面的需求与日俱增，巨大的市场发展潜力促使人们对微细加工工艺进行了广泛的探索与研究。由传统机械加工工艺发展而来的微细车铣削加工已无法满足加工需求，人们已开始利用电、磁、声、光等各种能量场对材料进行有效的加工，比如目前应用广泛的微细电火花加工、微细电化学加工、微细超声加工、微细激光加工。微细工具的制作是实施微细电火花加工、微细电化学加工与微细超声加工的基础。

目前适合微细工具在线制作的方法主要有块/线电极电火花磨削加工或电化学加工，高精度的微细工具能有效的提高微细加工质量，当前采用的提高微细工具加工质量的方法通常是使相对应的脉冲电源高频化与微能化，这一常规方法使得微细工具加工质量在一定程度上获得了较大的改善；如果要使微细工具表面加工质量更进一步提高，相应的会对制作脉冲电源的技术以及微细加工机床的运动控制系统提出更高的要求；尽管如此，微细工具的表面质量也很难达到镜面。因此，仍需寻求一种可以提高微细工具表面质量的装置及加工方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在线抛光微细工具的装置，使用所述装置对微细工具进行在线抛光，该方法能够通过细化超微磨粒及控制超声电源功率，使微细工具表面抛光质量达到镜面，加工精度更高，并且降低了加工成本。

本发明的另一目的在于提供一种在线抛光微细工具的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在线抛光微细工具的装置，包括微细电加工机床和在线抛光加工工作液槽，所述微细电加工机床包括机床本体、主轴系统、微三维运动工作台和微细电加工装置；所述工作液槽的底部设置有超声振动系统，所述工作液槽内相对设置有块电极和电泳辅助电极，所述工作液槽内分布有超微磨粒，所述装置还包括电泳直流电源，电泳电源的正负极与所述块电极和电泳辅助电极相对应连接。

在本发明中，所述微细电加工机床可以为微细电火花加工机床、微细超声加工机床或微细电化学加工机床。

发明人发现，超微磨粒越细，电泳效应越强，使用所述装置在适当的超声功率作用下抛光加工质量越好；优选地，所述超微磨粒的直径小于1μm。

一种使用上述装置在线抛光微细工具的方法，具体包括如下步骤：

使用微细电加工装置将毛坯工具加工到所需的微细尺寸得微细工具；将微细工具在线置于工作液槽中并靠近块电极，将块电极和电泳辅助电极与电泳电源的正负极连接；开启超声振动系统使超微磨粒在微细工具附近做高频机械振动，同时旋转微细工具，抛光预定时间后即得抛光好的微细工具。

微细工具的加工难度较大，主要存在如下三方面难点：一是其直径细小，无法承受宏观力的作用，否则会损坏工具；二是微细工具二次加工的余量极小，加工去除量相应的也极低，较大的去除量反而会影响加工质量；三是为保证二次装夹精度，微细工具经一次加工之后，不能从机床的主轴上拆卸下来，必须在线进行二次加工；所以在对微细工具进行二次加工时不能采用宏观力作用，也要精确控制好微细工具的去除量。发明人经过众多尝试之后，发现通过电场力与超声振动同时作用使超微磨粒对微细工具表面进行冲击或滑擦，可以很好的抛光微细工具表面，达到抛光加工的目的。

在本发明中，工作液槽安装在微细加工机床的微三维运动工作台上，微细工具安装在主轴上并随主轴一起做旋转运动，毛坯工具事先经加工装置加工到所需的尺寸后，控制微三维运动工作台运动使块电极靠近微细工具，块电极与微细工具之间的距离调节好后保持不变，块电极与电泳辅助电极浸没于工作液中，根据超微磨粒吸附工作液中电荷后所具有的极性，将电泳直流电源的正负极连接到块电极与电泳辅助电极上，使块电极与电泳辅助电极之间形成一电场强度足够大的电场，溶液中的超微磨粒由于电泳特性呈现带电性，超微磨粒在电场力的作用下泳向块电极，使靠近块电极的微细工具周围超微磨粒质量分数提高；超声振动系统安装在工作液槽的底部，在超声电源的作用下能够驱动工作液做超声振动；超声在工作液中传播会产生正负液压冲击以及超声空化现象，微细工具附近的超微磨粒在正负液压冲击以及超声空化作用下冲击、滑擦微细工具表面，对微细工具表面的材料进行微去除，从而达到抛光微细工具表面的目的。