CN104669074A - 变轨迹—超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机 - Google Patents

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夏清华
周瑞
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Abstract

本发明涉及一种变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,其包括:动力部分、抛光部分、传动部分和超声波发生器部分。动力部分驱动传动部分和抛光部分的运动,抛光部分包括抛光工作台、旋转抛光工具,所述动力部分包括X轴、Y轴、Z轴方向的动力源,本发明加工效率及精度高,抛光盘能实现复杂的轨迹运动,以及抛光运动速度大致保持相同,而使得抛光表面各点的粗糙度基本一致。且加工表面不易破损,尤其适合硬脆性材料的抛光加工。

Description

变轨迹—超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机
技术领域
本发明涉及一种变轨迹的超声椭圆振动辅助抛光装置。
背景技术
现有抛光装置的加工效率不高,工件的加工表面粗糙度不一致,尤其是硬脆性材料的抛光表面破损率较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种加工效率高,工件加工表面粗糙度均匀一致,尤其是硬脆性材料的抛光表面破损率小的抛光装置,实现上述目的的技术方案如下:
变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,包括动力部分、抛光部分、传动部分,动力部分驱动传动部分和抛光部分运动,抛光部分包括抛光工作台、旋转抛光工具,所述动力部分包括X轴、Y轴、Z轴方向的动力源,旋转抛光工具包括抛光工具、抛光工具旋转电机,其特征在于:还包括超声波发生器,旋转抛光工具还包括碳刷组件;抛光工具上设置压电陶瓷,且抛光工具的底端安装抛光片,其中抛光工具旋转电机与碳刷组件电连接,碳刷组件与压电陶瓷电连接或信号连接,同时碳刷组件与超声波发生器电连接或信号连接,碳刷组件将超声波发生器的电源施加在压电陶瓷上,压电陶瓷在外接超声波发生器电源的作用下产生振动,压电陶瓷产生的振动传递给抛光工具,抛光工具将同时产生纵向和横向两种方向的振动,两个方向的振动合成形成超声椭圆振动,进而带动抛光片产生相应振动。
优选的,所述抛光工作台包括抛光盘、内齿圈、底座,内齿圈通过连接件安装在底座上,抛光盘放置在内齿圈上,抛光盘的底部设置行星轮装置,行星轮装置包括行星轮架,行星轮架具有数个延伸的支撑臂,行星轮架的中间设置主动轮,每个支撑架的自由端设置一个从动轮,主动轮与每个从动轮的外缘啮合,行星轮装置位于内齿圈内,抛光盘驱动电机带动主动轮旋转,从而使主动轮带动行星轮架旋转;
所述内齿圈的内壁为齿状结构,每个从动轮的外缘与内齿圈的内壁啮合,抛光盘在行星轮装置的带动下进行运动。
优选的,所述行星轮架大体呈一Y型结构,且延伸的支撑臂之间的夹角相等,使从动轮中心连线形成等边三角形,每个支撑臂的自由端设置一个凸出轴,凸出轴的中心设置销孔一,每个从动轮的轴心穿过一个相应的凸出轴,从动轮能够以凸出轴为轴心旋转;
所述抛光盘的底面设置三个连接销,连接销的外径与销孔一的内径适配,每个销孔一对应一个连接销,连接销插入销孔一内,抛光盘跟随从动轮进行公转和/或自转。抛光盘通过连接销与销孔一的配合与行星轮架安装在一起。
优选的,所述每个从动轮上还设置有两个销孔,分别为销孔二、销孔三,且同一个从动轮的销孔二、销孔三的中心到从动轮的中心距离不相等,其中每个销孔二或销孔三适配的与连接销单独配合。
当连接销与销孔一配合时,抛光盘只做绕着主动轮中心的圆周运动;当连接销与销孔二或销孔三单独配合时,抛光盘可以做不同轨迹的复杂运动;当拆去内齿圈,抛光盘与销孔二或销孔三单独配合时, 抛光盘只做平动。
优选的,还包括电源功率放大器,电源功率放大器与超声波发生器电连接,电源功率放大器将超声波发生器的电源功率放大。
首先将被加工工件放置在抛光盘上,之后启动变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,根据工件的加工要求选取抛光盘所做的运动轨迹。
本发明加工效率和加工精度高,抛光盘能实现复杂的轨迹运动。且加工表面不易破损,尤其适合硬脆性材料的抛光加工。
附图说明
图1为本发明立体示意图
图2为抛光工作台整体示意图
图3为抛光工作台示意图
图4为抛光工作台去除抛光盘时的示意图
图5为行星轮架示意图
图6为抛光盘立体示意图
图7为抛光盘另一角度示意图
图8为抛光盘主视图
图9为抛光盘拆去一个行星轮时的示意图
附图序号说明:X轴伺服电机1、Y轴伺服电机2、Z轴伺服电机3、抛光工作台4、碳刷组件5、抛光工具6、抛光工具旋转电机7,PZT8、抛光片9、抛光盘4-1、凸出轴4-2、行星轮架11、支撑臂11-1、主动轮12、从动轮13、凸出轴14、销孔一15、连接销16、安装轴17、 销孔二18、销孔三19、导轨装置20、抛光盘4-1、内齿圈4-2,抛光盘驱动电机4-3,底座4-4
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
图中,变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,包括超声波发生器、电源功率放大器、动力部分、抛光部分、传动部分,动力部分驱动传动部分和抛光部分运动,所述动力部分包括X轴、Y轴、Z轴方向的动力源,动力源优选伺服电机,分别为X轴伺服电机1、Y轴伺服电机2、Z轴伺服电机3,抛光部分包括抛光工作台4、旋转抛光工具。本发明中的主要发明点:一是在固结磨粒的化学机械抛光过程中,引入了超声椭圆振动;二是抛光工作台4、旋转抛光工具的结构有所改进,其余的结构与现有技术相同,在此不做过多赘述,下面详细的描述本申请的发明点。
旋转抛光工具包括碳刷组件5、抛光工具6、抛光工具旋转电机7,抛光工具上设置PZT(压电陶瓷)8,且抛光工具6的底端安装抛光片9,其中抛光工具旋转电机7与碳刷组件5电连接,碳刷组件5与抛光工具6连接,同时将超声波发生器与电源功率放大器实现电连接或信号连接,碳刷组件5将电源功率放大器输出的超声波电源施加在旋转抛光工具6上的PZT(压电陶瓷)8上,碳刷组件5可实现将不能做旋转的电源功率放大器所输出的超声波电源施加在旋转抛光工具6上的作用。
PZT在外接超声波电源的激励下,抛光工具将同时产生纵向(长 度方向)和横向(厚度方向)方向的两种振动,这两个方向的合成可实现超声椭圆振动,进而带动抛光工具6也产生相应振动。例如CeO2等化学物质组成的固结磨粒抛光片抛光时与被加工工件(工件是装在抛光盘上的,例如工件可粘结在抛光盘上)发生化学反应,再加上抛光工具的超声椭圆振动,从而实现工件的超声椭圆振动辅助固结磨粒的化学机械抛光加工。
图2中,抛光工作台4包括抛光盘4-1、内齿圈4-2,抛光盘驱动电机4-3,底座4-4,内齿圈4-2通过螺栓等连接件固定在底座4-4上,抛光盘驱动电机4-3也安装在底座上,抛光盘4-1的底部安装行星轮装置,行星轮装置位于内齿圈内径内被内齿圈包围,行星轮装置与内齿圈配合带动抛光盘进行运动,抛光盘4-1的外径大于或者等于内齿圈4-2的内径,抛光盘4-1盖在内齿圈4-2上,且抛光盘4-1的底面与内齿圈4-2的上端面略高于内齿圈4-2的上端面,方便抛光盘的各种复杂运动,抛光盘驱动电机4-3驱动行星轮装置旋转,被加工工件放置在抛光盘的端面上。
所述行星轮装置包括行星轮架11、一个主动轮12、数个从动轮13,行星轮架11大体呈一Y型结构,具有三个延伸的支撑臂11-1,且延伸的支撑臂之间的夹角相等,行星轮架的中间设置主动轮12,每个支撑臂上设置一个从动轮13,主动轮12与每个从动轮13的外缘啮合;
抛光盘驱动电机4-3带动主动轮12旋转,Y型结构的行星轮架和主动轮12、从动轮13的配合恰似太阳系的结构,因此主动轮12 也称之为太阳轮,从动轮13称之为行星轮,内齿圈4-2的内壁为齿状结构,每个从动轮13的外缘与内齿圈啮合,抛光盘4-1能够在行星轮装置的带动下进行转动。当然行星轮架也可以是其他实现本发明目的的形状,不局限在Y型结构。
为了方便行星轮装置的安装,在每个支撑臂11-1的自由端设置凸出轴14,且每个凸出轴的轴心具有销孔一15,从动轮13的中心对应的插在凸出轴14上,从动轮13可以以凸出轴14为轴心旋转,主动轮12通过安装轴17与行星轮架安装在一起,主动轮12以安装轴17为轴心旋转,抛光盘的底面设置三个连接销16,一个连接销16对应一个销孔一15,三个连接销的中心连线形成一个等边三角形,安装的时候,抛光盘的连接销16适配的插入销孔一15内,当从动轮自转时通过连接销16带动抛光盘4-1也自转。
抛光盘驱动电机4-3带动太阳轮12旋转运动,太阳轮12无论怎样旋转,其轴线是固定不动的,由于太阳轮分别与三个主动轮啮合,三个主动轮又分别与内齿圈啮合,因此太阳轮的旋转通过行星轮架11的带动,使从动轮形成的运动轨迹即有自转、也有围绕主动轮的公转,因此从动轮带动抛光盘自转,行星轮架的旋转带动抛光盘公转。最终的运动轨迹是使与行星轮装置相连的抛光盘既具有绕太阳轮的公转,又具有随行星轮自转的复杂运动。
在此基础上本发明还可以实现更为复杂的运动,即在每个从动轮13上分别设置数个销孔,为了简单明了的说明问题,优选在从动轮上设置两个销孔,分别为销孔二18、销孔三19,其中销孔二18、销 孔三19的中心到从动轮中心的距离不相等,且销孔二18、销孔三19的内径与连接销16外径适配,具体做法是将抛光盘底面的连接销插入销孔二内,这里需要注意的是当连接销与销孔二配合时,就不需要与销孔三配合,反之亦然,由于销孔二18、销孔三19的位置偏离从动轮的中心距离不相等,因此连接销16与销孔二18、销孔三19中的任意一个销孔连接时,抛光盘的中心都会偏离主动轮的中心,因此当行星轮装置转动时,抛光盘的运动根据销孔的不同位置可实现不同轨迹的复杂运动。
当然连接销16无论与哪一个销孔配合,连接销16的位置都应与其连接的销孔位置对应,本发明中三个从动轮的中心连线形成等边三角形,所以如果使用一个抛光盘实现不同的运动轨迹,那么销孔二、销孔三的位置选择也要遵从等边三角形的规律,简单说三个销孔一中心的连线、三个销孔二中心的连线、三个销孔三中心的连线形成的等边三角形是一致的,这样的话抛光盘底面位置相对固定的连接销才可以适配不同的销孔,从而实现不同的运动轨迹。
综合上面的各种运动,本发明简单总结如下:当连接销与销孔一配合时,抛光盘只做绕着主动轮中心的圆周运动;
当连接销与销孔二或销孔三单独配合时,抛光盘可实现不同轨迹的复杂运动(从而保证被抛光工件表面上各点相对抛光片均有相同或相近的研磨轨迹,各点的抛光运动速度大致保持相同,以尽可能地获得均匀一致抛光表面粗速度值,以及材料去除量);
若拆去内齿圈,没有内齿圈束缚的情况下,抛光盘与销孔一配合 时抛光部分的自由度数过多,导致抛光盘没有确定的运动;当抛光盘与销孔二或者销孔三配合时,抛光盘13只做平动。
为了方便抛光工作台的移动,在底座下设置导轨装置,可以使抛光工作台移动更加便捷,X轴伺服电机1驱动导轨装置移动。
再配合Y轴伺服电机驱动抛光工作台的直线运动,又可改变抛光轨迹。若再加上Z轴伺服电机驱动,还可实现三维加工。
总之,该装置能保证工件被抛光工件表面上各点相对抛光片均有相同或相近的研磨轨迹,各点的抛光运动速度大致保持相同,以尽可能地获得均匀一致抛光表面粗糙度值,以及材料去除量。
以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已,并不用以限制本发明实施例,凡在本发明实施例的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明实施例的保护范围内。

Claims (6)

1.变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,包括动力部分、抛光部分、传动部分,动力部分驱动传动部分和抛光部分运动,抛光部分包括抛光工作台、旋转抛光工具,所述动力部分包括X轴、Y轴、Z轴方向的动力源,旋转抛光工具包括抛光工具、抛光工具旋转电机,其特征在于:还包括超声波发生器,旋转抛光工具还包括碳刷组件;
抛光工具上设置压电陶瓷,且抛光工具的底端安装抛光片,其中抛光工具旋转电机与碳刷组件电连接,碳刷组件与压电陶瓷电连接或信号连接,同时碳刷组件与超声波发生器电连接或信号连接,碳刷组件将超声波发生器的电源施加在压电陶瓷上,压电陶瓷在外接超声波发生器电源的作用下产生振动,压电陶瓷产生的振动传递给抛光工具,抛光工具将同时产生纵向和横向两种方向的振动,两个方向的振动合成形成超声椭圆振动,进而带动抛光片产生相应振动。
2.根据权利要求1所述的变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,其特征在于:所述抛光工作台包括抛光盘、内齿圈、底座,内齿圈通过螺栓安装在底座上,抛光盘位于内齿圈上,抛光盘的底部设置行星轮装置,行星轮装置包括行星轮架,行星轮架具有数个延伸的支撑臂,行星轮架的中间设置主动轮,每个支撑架的自由端设置一个从动轮,主动轮与每个从动轮的外缘啮合,行星轮装置位于内齿圈内,抛光盘驱动电机带动主动轮旋转,从而使主动轮带动行星轮架旋转;所述内齿圈的内壁为齿状结构,每个从动轮的外缘与内齿圈的内壁啮合,抛光盘在行星轮装置的带动下进行运动。
3.根据权利要求2所述的变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,其特征在于:所述行星轮架大体呈一Y型结构,且延伸的支撑臂之间的夹角相等,使从动轮中心连线形成等边三角形,每个支撑臂的自由端设置一个凸出轴,凸出轴的中心设置销孔一,每个从动轮的轴心穿过一个相应的凸出轴,从动轮能够以凸出轴为轴心旋转;
所述抛光盘的底面设置三个连接销,连接销的外径与销孔一的内径适配,每个销孔一对应一个连接销,连接销插入销孔一内,抛光盘跟随从动轮进行公转和/或自转。
4.根据权利要求3所述的变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,其特征在于:所述每个从动轮上还设置有两个销孔,分别为销孔二、销孔三,且同一个从动轮的销孔二、销孔三的中心到从动轮的中心距离不相等,其中每个销孔二或销孔三适配的与连接销单独配合;当连接销与销孔一配合时,抛光盘只做绕着主动轮中心的圆周运动;当连接销与销孔二或销孔三单独配合时,抛光盘做不同轨迹的连续运动;当拆去内齿圈,抛光盘与销孔二或销孔三单独配合时,抛光盘只做平动。
5.根据权利要求1所述的变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,其特征在于:还包括电源功率放大器,电源功率放大器与超声波发生器电连接,电源功率放大器将超声波发生器的电源功率放大。
6.变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机的使用方法,其特征在于:首先将被加工工件放置在抛光盘上,之后启动变轨迹-超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光机,根据工件的加工要求选取抛光盘所做的运动轨迹。
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