CN102152175B - 用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置 - Google Patents

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Abstract

用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置，它涉及一种超声振动辅助磨削装置。本发明为解决现有的超声振动辅助磨削装置不能调整振动方向，导致加工超硬材料微结构表面时振动轨迹会与表面结构发生干涉，从而破坏了微结构表面的面型精度的问题。旋转台的下端面固装在倾斜台的上端面上，支撑底板固装在旋转台的上端面上，振动工作台通过四个支撑件固装在支撑底板的上方，变幅杆的一端面积小，另一端面积大，变幅杆的小面积端与振动工作台的侧壁固接，变幅杆的大面积端与换能器固接，换能器通过导线与超声发生器连接。本发明通过调整旋转台和倾斜台使得超声振动的方向可随意调节，提高了法向磨削刚度；本发明用于陶瓷类超硬微结构表面精密加工。

Description

用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置
技术领域
本发明涉及一种超声振动辅助磨削装置，具体涉及一种用于陶瓷类超硬微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置。
背景技术
超硬材料微结构表面的光学功能元件是制造微小型光电子系统的关键元件，具有质量轻以及使系统小型化等优点，并且能够实现普通光学元件难以达到的微小、阵列、集成和波面转换等新功能。
超硬材料微结构表面光学功能元件通常采用复合加工技术制造，其中具有微结构表面的超硬材料模具的精密加工质量对最终的产品性能和成本控制起着决定性的作用，然而由于这些材料本身的极难加工性和模具表面的复杂微结构特征，导致在对超硬材料微结构表面进行传统加工时难以达到理想的效果，这极大限制了微结构表面光学功能元件的确定性、大批量、低成本生产及应用。
目前，超声振动辅助磨削装置是在砂轮或工件上沿一定方向施加超声振动从而实现在固着磨粒与超声振动复合作用下的材料去除。超声振动辅助磨削装置不但可以有效提高磨削后的工件表面质量和材料去除率，降低加工亚表面损伤，还可以显著减少砂轮堵塞和磨削烧伤等不利现象，尤其适合陶瓷类超硬材料的精密加工。
但是，现有的超声振动辅助磨削装置不能调整振动方向，导致加工超硬材料微结构表面时振动轨迹会与表面结构发生干涉，从而破坏了微结构表面的面型精度。
发明内容
本发明为解决现有的超声振动辅助磨削装置不能调整振动方向，导致加工超硬材料微结构表面时振动轨迹会与表面结构发生干涉，从而破坏了微结构表面的面型精度的问题，进而提供了一种用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置包括支撑底板、振动工作台、四个支撑件、变幅杆、换能器和超声发生器，所述超声振动辅助磨削装置还包括倾斜台和旋转台，所述旋转台的下端面固装在倾斜台的上端面上，所述支撑底板固装在旋转台的上端面上，所述振动工作台通过四个支撑件固装在支撑底板的上方，所述变幅杆的一端面积小，另一端面积大，变幅杆的小面积端与振动工作台的侧壁固接，变幅杆的大面积端与换能器固接，所述换能器通过导线与超声发生器连接。
本发明具有以下有益效果：本发明的超声振动辅助磨削装置采用倾斜台和旋转台，在对陶瓷等超硬模具材料微结构表面加工时，根据待加工表面的结构性，通过调整旋转台和倾斜台使磨削方向与振动方向平行，使得超声振动的方向可随意调节，避免了加工超硬材料微结构表面时振动轨迹会与表面结构发生干涉，同时大大提高了法向磨削刚度；本发明的超声振动辅助磨削装置在工件上引入平行于结构表面的超声振动，使磨削过程中磨粒产生更长的振动式磨削轨迹，在保证微结构表面面型精度的前提下，提高了加工效率，扩大了陶瓷等超硬模具材料的塑性加工域，表面质量得到明显的改善，可高效的获得精密加工表面(SRa≤0.8μm)，同时显著减少了微结构尖锐处的破碎现象，提高了微结构表面的面型精度；本发明的超声振动辅助磨削装置实现了高效高质量的超硬模具微结构表面的精密加工。
附图说明
图1是本发明的超声振动辅助磨削装置的主视图，图2是图1的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～2说明，本实施方式的用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置包括支撑底板3、振动工作台4、四个支撑件5、变幅杆6、换能器7和超声发生器8，所述超声振动辅助磨削装置还包括倾斜台1和旋转台2，所述旋转台2的下端面固装在倾斜台1的上端面上，所述支撑底板3固装在旋转台2的上端面上，所述振动工作台4通过四个支撑件5固装在支撑底板3的上方，所述变幅杆6的一端面积小，另一端面积大，变幅杆6的小面积端与振动工作台4的侧壁固接，变幅杆6的大面积端与换能器7固接，所述换能器7通过导线与超声发生器8连接。
倾斜台1和旋转台2的生产厂家均为山东征宙机械有限公司，型号为CHM80；所述换能器7和超声发生器8均为外购件。
具体实施方式二：结合图2说明，本实施方式所述振动工作台4的轮廓是哑铃形状。如此设计，振动工作台4通过其哑铃状的结构可以放大高频机械振荡的振幅。其它组成与连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明，本实施方式所述振动工作台4的长度方向上有两个振幅为零的振动节面4-1，振动工作台4的每个振动节面4-1上设有两个固定支板4-2，且振动工作台4的两个振动节面4-1上的四个固定支板4-2一一对应设置，所述振动工作台4上的四个固定支板4-2分别与对应支撑件5固接。如此设计，提高磨削过程中法向加工刚度，进一步保证磨削后微结构表面的面型精度。其它组成与连接关系与实施方式二相同。
工作原理：
将待磨削工件固定在振动工作台4上端面的中心处(即最大振幅振动处)，换能器7与变幅杆6将超声发生器8传输的高频电震荡转换为一定振幅高频机械振荡传递给振动工作台4，在振动工作台4的中心处高频机械振荡的振幅达到最大，然后采用砂轮对将待磨削工件进行磨削。

Claims (3)

1.一种用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置，所述超声振动辅助磨削装置包括支撑底板(3)、振动工作台(4)、四个支撑件(5)、变幅杆(6)、换能器(7)和超声发生器(8)，其特征在于：所述超声振动辅助磨削装置还包括倾斜台(1)和旋转台(2)，所述旋转台(2)的下端面固装在倾斜台(1)的上端面上，所述支撑底板(3)固装在旋转台(2)的上端面上，所述振动工作台(4)通过四个支撑件(5)固装在支撑底板(3)的上方，所述变幅杆(6)的一端面积小，另一端面积大，变幅杆(6)的小面积端与振动工作台(4)的侧壁固接，变幅杆(6)的大面积端与换能器(7)固接，所述换能器(7)通过导线与超声发生器(8)连接。
2.根据权利要求1所述的用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置，其特征在于：所述振动工作台(4)的轮廓是哑铃形状。
3.根据权利要求2所述的用于微结构表面精密加工的超声振动辅助磨削装置，其特征在于：所述振动工作台(4)的长度方向上有两个振幅为零的振动节面(4-1)，振动工作台(4)的每个振动节面(4-1)上设有两个固定支板(4-2)，且振动工作台(4)的两个振动节面(4-1)上的四个固定支板(4-2)一一对应设置，所述振动工作台(4)上的四个固定支板(4-2)分别与对应支撑件(5)固接。
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