CN107584339A - 一种表面超精密抛光加工装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面超精密抛光加工装置与方法，包括：精密二维移动平台、带Z向精密移动的立柱、超声雾化器、雾化器夹持器、智能精密微量泵、超声电源、数据处理系统；该装置中的所述智能精密微量泵在数据处理系统控制下启动运转，将抛光剂通过抛光剂输入管输送给超声雾化器，然后超声电源在数据处理系统控制下启动超声脉冲电流，超声脉冲电流使超声雾化器内部的压电陶瓷片产生超声振动，将抛光剂雾化为抛光气雾流作用在工件的表面，加工表面粗糙度均匀且对工件无亚表面损伤，且不存在微粉团聚问题、流射抛光加工时喷嘴堵塞的问题和喷嘴磨损破坏的问题等优点。
Description
技术领域
本发明专利涉及精密抛光加工技术，具体涉及一种“冷、柔”表面超精密抛光加工技术与装置。
背景技术
目前，现有的表面超精密加工技术，一般是采用射流、磁流作为载体进行加工，但其存在如微粉团聚（当微粉为纳米级时，在抛光剂水射流形成过程中，微粉有团聚趋势）、微细抛光加工时喷嘴堵塞（由于微细抛光水射流喷嘴尺寸较小，在射流开关的过程中，极易堵塞）、喷嘴磨损破坏、冲击力较大和存在较强的磁场等问题，影响其加工效果和应用范围。
发明内容
针对现有表面超精密加工技术所存在的上述不足，本发明提供一种采用超声雾化技术的表面超精密抛光加工装置与方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种表面超精密抛光加工装置与方法，其基本原理是利用大功率超声振动换能器作为动力源，再通过变幅杆把超声振动机械振动的质点位移或速度放大，将这种超声振动的能量传递给抛光剂中微粉，使微粉具有一定的动能，让其去冲蚀工件表面，使得工件表面抛光区域内局部因而产生冲蚀以及剪切等作用，从而达到去除工件材料的目。为了让微粉获得初速度和动能，采用抛光剂作为载体，通过超声振动来传递能量。具体来讲，将配好含有微粉和助溶剂的均匀抛光剂通过智能微量泵吸入雾化器内腔，抛光剂流至超声聚能器辐射表面并形成薄液层，薄液层在大功率超声振动作用下激起表面张力波，当振动面的振幅达到一定值时，液滴即从波峰上飞出而成雾，这样就使得气雾中包含的微粉具有一定初速度和动能，可以用它们去冲蚀以及剪切工件表面。这种以超声汽雾流中微粉作为抛光加工重要的载体的方法属于一种“冷、柔”加工方式，具有无机械切削力，加工过程不产生热损伤，加工冲蚀力较柔软，加工表面粗糙度均匀且对工件无亚表面损伤，且不存在磨料团聚问题、微细磨料加工时喷嘴堵塞的问题和喷嘴磨损破坏的问题等优点。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种表面超精密抛光加工装置，包括：精密二维移动平台、带Z向精密移动的立柱、超声雾化器、雾化器夹持器、智能精密微量泵、超声电源、数据处理系统；所述超声雾化器是利用大功率超声振动换能器作为动力源，再通过变幅杆把超声振动机械振动的质点位移或速度放大，将这种超声振动的能量传递给抛光剂中微粉，使微粉具有一定的动能，让其去冲蚀工件表面；所述工件12安装在精密二维移动平台1上面且待加工面向上、正对着超声雾化器4的喷嘴，使得含有微粉的抛光气雾流2正面作用在工件12的待加工表面上，同时精密二维移动平台1在数据处理系统14通过精密二维平台移动控制线13的控制下，可实现在X/Y轴向精密移动，以保证加工点的位置精度；数据处理系统14控制超声电源10产生超声波电能，超声波电能通过电流电线9传输给超声雾化器4，超声雾化器4通过压电换能器将超声波电能转变为超声频率的机械振动；数据处理系统14控制智能精密微量泵8吸入含有微粉的抛光剂6，并将吸入的抛光剂6传输到超声雾化器4的内部抛光液注入孔，由智能精密微量泵8的压力作用下将进入超声雾化器4的内部抛光液注入孔的抛光剂6沿着超声雾化器4内部通道输送到超声雾化器4的喷嘴处，超声雾化器4固定在雾化器夹持器5中，而雾化器夹持器5又固定在带Z向精密移动的立柱3，由此超声雾化器4可有数据处理系统14在通过Z轴移动控制线11的作用下，实现在Z轴方向上精密移动，由于超声雾化器4通过压电换能器将超声波电能转变为超声频率的机械振动的作用下，将有微粉的抛光剂6转化为抛光气雾流2，抛光气雾流2作用于工件的表面。
本发明中所述一种表面超精密抛光加工装置，其包括一雾化器夹持器，其雾化器夹持器包含八个可径向移动的锥形固定钉，且八个锥形固定钉均匀分布在雾化器夹持器两个内圆周上，其两个圆周在轴向上位于雾化器的节圆上。
所述的雾化器上中部设有一通孔，且一端与精密微量泵的输出口相连接，所述的雾化器包含压电陶瓷片，且其压电陶瓷片在超声电源的作用下产生超声振动。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明属于一种“冷、柔”加工方式，具有无机械切削力，加工过程不产生热损伤，加工冲蚀力较柔软，加工表面粗糙度均匀且对工件无亚表面损伤。
2、本发明不存在微粉团聚问题、流射抛光加工时喷嘴堵塞的问题和喷嘴磨损破坏的问题等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；其中，1、精密二维移动平台 2、抛光气雾流 3、带Z向精密移动的立柱 4、超声雾化器 5、雾化器夹持器 6、抛光剂 7、抛光剂输入管 8、智能精密微量泵 9、电流电线 10、超声电源 11、Z轴移动控制线 12、工件 13、精密二维平台移动控制线 14、数据处理系统
图2为大功率超声雾化器结构图；其中、41、前端盖 42、变幅杆 43、抛光液注入孔 44、不锈钢压紧螺栓 45、前盖板 46、压电陶瓷片 47、后盖板 48、不锈钢压紧螺母。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例
如图1 所示的一种表面超精密抛光加工装置，包括：精密二维移动平台1、抛光气雾流2、带Z向精密移动的立柱3、超声雾化器4、雾化器夹持器5、抛光剂6、抛光剂输入管7、智能精密微量泵8、电流电线9、超声电源10、Z轴移动控制线11、工件12、精密二维平台移动控制线13和数据处理系统14。
上述各部件的连接关系如下：所述工件12固定在精密二维移动平台1上，精密二维移动平台1与数据处理系统14连接；数据处理系统14还与超声电源10、Z轴移动控制线11和智能精密微量泵8连接，智能精密微量泵8一端通过抛光剂输入管7与抛光剂6相连，另一端与超声雾化器4相连，而超声雾化器4固定在雾化器夹持器5，雾化器夹持器5则固定在带Z向精密移动的立柱，带Z向精密移动的立柱3固定在精密二维移动平台1的底座上，数据处理系统14。所述超声雾化器4工作频率为20.3KHz，其长度为250mm，喷嘴直径为24mm，变幅杆42的过渡圆弧半径为30mm，压电陶瓷片46直径为52mm。
采用所述精密抛光加工装置的精密抛光加工过程如下：首先，智能精密微量泵8在数据处理系统14控制下启动运转，将抛光剂6通过抛光剂输入管7输送给超声雾化器4；接着，超声电源10在数据处理系统14控制下启动超声脉冲电流，超声脉冲电流使超声雾化器4内部的压电陶瓷片产生超声振动，将抛光剂6雾化为抛光气雾流2作用在工件12的表面；最后，数据处理系统14控制精密二维移动平台1作X和Y方向上移动和带Z向精密移动的立柱3作Z方向移动，调整工件12位置，将其表面在抛光气雾流2作用下进行精密抛光加工，并使超声雾化器4得喷嘴面到工件12的表面距离在3到5mm范围之内。
Claims (5)
1.一种表面超精密抛光加工装置与方法，其特征在于包括：精密二维移动平台、抛光气雾流、带Z向精密移动的立柱、超声雾化器、雾化器夹持器、抛光剂、抛光剂输入管、智能精密微量泵、电流电线、超声电源、Z轴移动控制线、工件、精密二维平台移动控制线和数据处理系统，其特征在于：工件12安装在精密二维移动平台1上面且待加工面向上、正对着超声雾化器4的喷嘴，使得含有微粉的抛光气雾流2正面作用在工件12的待加工表面上，同时精密二维移动平台1在数据处理系统14通过精密二维平台移动控制线13的控制下，可实现在X/Y轴向精密移动，以保证加工点的位置精度；数据处理系统14控制超声电源10产生超声波电能，超声波电能通过电流电线9传输给超声雾化器4，超声雾化器4通过压电换能器将超声波电能转变为超声频率的机械振动；数据处理系统14控制智能精密微量泵8吸入含有微粉的抛光剂6，并将吸入的抛光剂6传输到超声雾化器4的内部抛光液注入孔，由智能精密微量泵8的压力作用下将进入超声雾化器4的内部抛光液注入孔的抛光剂6沿着超声雾化器4内部通道输送到超声雾化器4的喷嘴处，超声雾化器4固定在雾化器夹持器5中，而雾化器夹持器5又固定在带Z向精密移动的立柱3，由此超声雾化器4可有数据处理系统14在通过Z轴移动控制线11的作用下，实现在Z轴方向上精密移动，由于超声雾化器4通过压电换能器将超声波电能转变为超声频率的机械振动的作用下，将有微粉的抛光剂6转化为抛光气雾流2，抛光气雾流2作用于工件的表面。
2.根据权利要求1所述的精密抛光加工装置，其特征在于，所述的抛光气雾流是包含微粉的抛光剂，并通过智能微量泵在数据处理系统控制下精确流量后吸入雾化器内腔，混有微粉的抛光剂在超声雾化器的超声振动下具有动量和初速度，让其去冲蚀工件表面，即以超声汽雾流中微粉作为抛光加工重要的载体和工具。
3.根据权利要求1所述的精密抛光加工装置，其特征在于，所述的雾化器夹持器包含八个可径向移动的锥形固定钉，且八个锥形固定钉均匀分布在雾化器夹持器两个内圆周上，其两个圆周在轴向上位于雾化器的节圆位置上。
4.根据权利要求1所述的精密抛光加工装置，其特征在于，所述的超声雾化器是低频压大功率超声振动换能器，并采用网孔板雾化方式进行雾化，即在超声振动雾化器前端盖上加均布一定数量微孔，而雾化器前端盖中的微孔直接小于0.2mm，同时也雾化量来确定微孔的数量和孔径。
5.根据权利要求3所述的精密抛光加工装置，其特征在于，所述的抛光气雾流是由抛光剂在超声聚能器辐射表面并形成薄液层，薄液层在超声振动作用下激起表面张力波，当振动面的振幅达到一定值时，液滴即从波峰上飞出而成抛光气雾流，并抛光气雾流中含有微粉。
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