[发明专利]气泡调控微超声球体发射仿形阵列研抛方法与装置

说明书

本发明公开了气泡调控微超声球体发射仿形阵列研抛方法及装置，通过微超声研抛模的振动，激发球体与研抛液中纳米级磨粒对碳化硅待加工工件表面的高频冲击，以实现对材料的去除。本发明极大地提高微半球凹模阵列的加工效率，并通过气泡调控的方式，保证了凹模的形状一致性。

技术领域

本发明涉及超精密加工领域，尤其涉及气泡调控微超声球体发射仿形阵列研抛方法与装置。

背景技术

半球谐振陀螺是一种新型的惯性传感器，具有精度高、稳定性强、可靠性高以及寿命长的特点，并且具有很好的抗冲击振动的能力以及很好的温度性能，已经在航空，兵器等领域开始有运用。但是这种陀螺仪的球壳加工精度低，主要原因在于其母体——半球凹模阵列的加工精度差。该凹模材料硬度大，尺寸小，加工较为困难。现有对该凹模的加工方法，如微细削加工、微细超声分层加工、微细电火花加工等方式。

至今，这些已报道的加工方式尚无法满足对碳化硅微半球凹模的加工精度与加工效率的要求。主要原因在于：(1)微细削加工微半球凹模时，在材料脆性去除的过程中会出现微半球底部或者顶部崩裂、表面及亚表面损伤的情况，无法满足加工精度的要求。加工效率以及成品率都无法得到保证。(2)微细超声分层加工，因为细微工具会出现磨损，并且该磨损无法预计与控制，因此难以规划分层进给路径，导致微半球形状精度差，加工效率低。(3)微细电火花加工微半球凹模阵列，放点空间小，因此需要加工设备的精度很高，而形状精度极高的电极加工困难，并且在加工过程中磨损很快，加工出来的微半球凹模表面质量差，形状精度低。至今尚未见报道研制出符合加工精度与质量要求的微半球凹模阵列。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了气泡调控微超声球体发射仿形阵列研抛方法与装置。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

气泡调控微超声球体发射仿形阵列研抛方法，包括如下步骤：

步骤(1)制作研抛模，研抛模包括工具连杆，工具连杆包括上端变幅杆与下端工具头，所述的工具头的端面镀有硬质材料涂层，硬质材料涂层上加工有微半球凹模阵列；

步骤(2)在研抛模与待加工工件中间有球模导向板，球模导向板的厚度约为待发射的球体直径的四分之一，球模导向板上有阵列孔，阵列孔的孔径大于球体直径，球体做Z轴方向上的运功或者沿着自身轴心转动，通过龙门床的XY工作台将研抛模与待加工工件进行XY方向上的相对运功，通过并联机构来将研抛模进行Z方向上的运动；

步骤(3)在研抛模与待加工工件表面之间填充含有磨粒和气泡的研抛液，研抛模在球模导向板上表面的上方0至几毫米的距离内做高频微细超声振动，超声振动激发球体与磨粒高速冲击待加工工件表面，形成微半球凹坑。

为降低长时间的超声空化对材料的气蚀作用，向研抛液中掺有气泡，以实现在对材料的去除同时，保证加工面的精度。

进一步的，所述步骤(1)中的硬质材料涂层厚度为10mm，所述硬质材料涂为金刚石或碳化钨。

进一步的，所述步骤(1)中微半球凹模阵列的单个凹模的直径大于或等于发射球体直径，球体的直径范围为100微米至5毫米。

进一步的，球模导向板上的孔数不小于研抛模的凹模数，并且研抛模上的每一个微半球凹模在球模导向板上都有一个跟它相对应且同心的孔。

进一步的，研抛液中的磨粒为纳米级金刚石颗粒。

进一步的，球模导向板通过石蜡固定在待加工工件上。并且可以通过石蜡的厚度来确定球模导向板与待加工工件之间的距离。

进一步的，所述步骤(3)中研抛液的气泡含量为水量的3％到7.4％。