[发明专利]一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法

权利要求书

1.一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，其特征在于，包括：（1）超声振动装置和（2）机器人手臂调节装置；

其中，超声振动装置顶部与电主轴通过联轴器（13）进行连接，超声振动装置的底部连接磨头；机器手臂调节装置固定在主轴电机（14）的侧面，能进行3个自由度的旋转和平移，机器手臂调节装置带动电主轴运动，进而带动超声振动装置运动，实现打磨头任意轨迹的运动，完成针对大型复杂构件的不同复杂运动轨迹的动作，超声高频振动通过无线传输装置传递给打磨头。

2.根据权利要求1所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，其特征在于，超声振动装置包括压电陶瓷换能器（6）和振动变幅杆（10），换能器（6）与变幅杆（10）通过双头螺柱进行连接；磨头（9）连接在振动变幅杆的尾端。

3.根据权利要求2所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，其特征在于，所述的变幅杆采用纵扭变幅杆，压电陶瓷换能器（6）产生的振动传递给变幅杆后被转化为纵扭高频超声振动，使得变幅杆端部磨头的磨粒运动轨迹之间产生了干涉现象，磨粒对加工区域进行多次重复磨削，提高打磨效率和精度；同时，由于扭振的存在，磨头与工具之间会重复产生接触-分离-接触现象，减小了加工过程中的磨削力，降低磨头磨损，且可实现干式打磨。

4.根据权利要求1所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，其特征在于，机器手臂调节装置由机械手臂与电主轴构成，机器手臂与主轴电机底板通过螺栓连接，主轴电机底板固定在主轴电机的侧面。

5.根据权利要求1所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，其特征在于，超声振动装置安装在超声刀柄内，电主轴输出轴与超声刀柄顶部通过联轴器进行连接，其中电主轴外壳上装有无线传输上盘，无线传输上盘连接超声发生器（8），超声刀柄上装有无线传输下盘，无线传输上盘和无线传输下盘都含有线圈，超声发生器产生的高频震荡电流传递给无线传输上盘中的线圈，在线圈周围产生磁场，当电主轴带着超声刀柄转动时，超声刀柄无线传输下盘里的线圈就会切割磁感线，从而产生感应电流，利用电磁感应现象，使得无线传输下盘的线圈通电传递给压电陶瓷换能器，通过电主轴、无线传输上下盘协同作用完成打磨头的旋转运动和超声振动。

6.根据权利要求5所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，其特征在于，无线传输上盘通过卡箍固定在电主轴外壳上，无线传输下盘与安装超声刀柄固定为一体，且超声刀柄上端带有圆柱段。

7.根据权利要求5所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，其特征在于，超声振动装置借助螺栓（11）和变幅杆法兰盘（12）固定在超声刀柄内，超声振动装置的顶端保持游离，远离超声刀柄的顶部内侧。

8.基于权利要求1所述的一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置的操作方法，其特征在于，步骤如下：

（1）将需要打磨的工件固定在工作台上，根据打磨位置选择合适的打磨头，然后将打磨头通过弹簧夹头安装在变幅杆末端；

（2）启动电主轴，然后开启超声发生器，利用无线传输装置使得无线传输下盘线圈通上电流，利用压电陶瓷的逆压电效应导致压电陶瓷换能器产生往复式的机械振动，最后经过变幅杆放大后将有规律的超声高频振动传递给打磨头；

（3）启动机械手臂，利用机械手臂完成三个自由度的转动、移动，从而实现各种复杂结构面、不同位置的精密、高效打磨。