CN109693149A - 高精度五轴三维超声抛光装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度五轴三维超声抛光装置及其使用方法，该装置，包括：超声抛光设备基座、移动机构、超声抛光加工主动力装置、工件超声激振组件、抛光液喷洒雾化装置、联动位置移动装置和抛光液收集装置；所述工件超声激振组件通过旋转工作台I安装于所述超声抛光设备基座上部，所述工件超声激振组件前端通过连接器安装有工件夹具。所述抛光液喷洒雾化装置包括三自由度机械臂和设置于所述三自由度机械臂前端的超声波精密喷涂喷头。本发明所述的高精度五轴三维超声抛光装置及其使用方法，既可以在二维超声抛光情况下加工复杂曲面，又可以在三维超声抛光振动情况下对工件平面进行加工，同时兼顾了工件加工质量问题与加工成本问题。

Description

高精度五轴三维超声抛光装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及数控制造加工设备领域，具体而言，尤其涉及一种高精度五轴三维度抛光设备及其使用方法，面向金属、硬脆材料的平面，及其复杂曲面的抛光加工。

背景技术

光滑或者超光滑表面元器件在社会各个领域的需求与作用越来越大，在光学领域的标准中，用来反射与折射的光学元器件的表面粗糙度Ra必须小于0.012微米，而在一些高精尖端领域，如航天航空、国防、生物医学、科学仪器，由于其相关功能的特殊要求，其制造标准对工件表面质量要求十分苛刻，有些光学表面的粗糙度要求低1nm。提高抛光工件表面的精度与降低表面粗糙度是一个重要的研究方向。

目前硬脆材料的加工已经成为高科技发展和制造业进步的一个待解决问题。当采用激光或线切割方法加工陶瓷材料零件时，不仅难以在工件上产生集中热量，还会形成热应力而导致热损伤和微细龟裂的产生；采用电解或蚀刻加工时，由于低导电性和化学稳定性，获得理想的加工结果十分困难。用传统的金属加工方法加工硬脆材料时，由于硬脆材料具有低塑性、易脆性，表面层组织易损伤等缺点，一直存在着加工效率低下、加工质量较差、能耗大、特殊结构设计无法实现等问题。

光刻加工不能加工高深宽比的三维形状结构。采用磨料水射流和离子溅射抛光虽然可以达到很低的表面粗糙度，但是设备价格昂贵，材料去除率较低。需要一个合理的加工方式，用来降低成本，提高产品质量。

而在硬脆材料的加工过程中由于其较高硬度与较低断裂韧性，常常会碰到一系列问题，其去除方式极易转为脆性去除，其伴随着材料的断裂破坏与损伤，其次是加工时刀具磨损严重造成加工效率低下，更重要的是，其表面精度难以得到有效的控制，很难得到具有高性能的产品零件。需要通过某种技术与方式来提高工件表面材料加工时的延性域去除，降低脆性去除比例，从而改善工件的加工质量。

发明内容

根据上述提出现有的普通抛光机床或者一维超声机床抛光的工件难以达到很高的表面精度、与很低表面粗糙度，且加工时容易在工件上集中产生热量，还会形成热应力而导致热损伤和微细龟裂的产生，若通过其它特种加工方式获得高质量的工件，成本极为昂贵的技术问题，而提供一种高精度五轴三维超声抛光装置及其使用方法。本发明主要利用超声振动电主轴带动抛光头作高速旋转的同时，在超声振动电主轴轴线方向产生超声高频振动，以及工件超声激振组件能够带动工件做水平振动，从而实现复杂曲面下的二维超声抛光加工，平面加工下的三维超声抛光加工，同时兼顾了工件加工质量问题与加工成本问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种高精度五轴三维超声抛光装置，包括：超声抛光设备基座、移动机构、超声抛光加工主动力装置、工件超声激振组件、抛光液喷洒雾化装置、联动位置移动装置和抛光液收集装置；所述工件超声激振组件通过旋转工作台I安装于所述超声抛光设备基座上部，所述工件超声激振组件前端通过连接器安装有工件夹具。

所述抛光液喷洒雾化装置包括三自由度机械臂和设置于所述三自由度机械臂前端的超声波精密喷涂喷头，所述三自由度机械臂安装于所述超声抛光设备基座侧部。

所述抛光液收集装置包括设置于所述超声抛光设备基座上表面的T型槽和设置于所述T型槽尾部的排液斜槽。

所述联动位置移动装置包括卧式导轨、立式导轨I、立式导轨II；所述卧式导轨安装于所述超声抛光设备基座上表面的两侧，并在两条所述卧式导轨上安装有移动机构，使所述移动机构能够在所述卧式导轨上前后移动；两条所述立式导轨I于所述移动机构的上部，横向设置，两条所述立式导轨I上设置有两条纵向的立式导轨II，使两条所述立式导轨II能够在所述立式导轨I上横向移动；两条所述立式导轨II上设置有旋转工作台II，使所述旋转工作台II能够在所述立式导轨II上纵向移动；所述超声抛光加工主动力装置设置于立式的所述旋转工作台II上，使所述超声抛光加工主动力装置能够在旋转工作台II上进行旋转。

进一步地，所述的超声抛光加工主动力装置包括超声振动电主轴和抛光头；所述抛光头安装于所述超声振动电主轴前端，使所述超声振动电主轴带动抛光头作高速旋转的同时，在超声振动电主轴轴线方向产生超声高频振动。

进一步地，所述超声振动电主轴包括超声振动电主轴结构外壳，以及集成安装于所述超声振动电主轴结构外壳内的换能器、变幅杆和电机。

进一步地，所述超声振动电主轴通过紧固螺栓螺母被固定在内置橡胶垫的双半月环上，所述双半月环通过悬臂梁被紧固螺栓固定在立式旋转工作台II上；超声波发射器的电信号通过所述超声振动电主轴，转换为机械振动，通过连接装置传递给抛光头。

进一步地，所述的工件超声激振组件包括超声波换能器和超声波变幅杆；所述超声波变幅杆的末端设置有超声波换能器，前端通过连接器安装有工件夹具；当超声波换能器接受到电信号，并转换为物理振动信号，通过超声波变幅杆放大振幅，之后通过连接器将振幅传到工件夹具上，之后带动工件作超声振动。

进一步地，所述的工件夹具包括螺杆、夹具块组件和夹具螺母；所述夹具块组件包括固定端的夹具本体和移动端的夹具块，螺杆一端固定于夹具本体上，另一端穿过夹具块，并通过拧动螺杆端部的夹具螺母对夹具块的位置进行调整固定，使夹具本体和夹具块配合夹紧工件。

进一步地，所述的三自由度机械臂包括底座、机械臂I、机械臂II、机械臂III和电机；所述底座安装于所述超声抛光设备基座侧面的机械臂滑轨上，使所述底座能够带动所述三自由度机械臂前后移动；所述底座上设置有机械臂I，并且使所述机械臂I能够相对所述底座转动，所述机械臂I的上端铰接有机械臂II，所述机械臂II的前端铰接有机械臂III，所述机械臂III的前端设置有超声波紧密喷涂喷头。

所述电机设置有三个，分别安装于所述底座上，所述机械臂I和机械臂II连接的铰接轴上，以及所述机械臂II和机械臂III连接的铰接轴上，使三个所述电机工作，能够控制所述三自由度机械臂整体做转动，或所述机械臂II相对所述机械臂I转动，或所述机械臂III相对所述机械臂II转动。

进一步地，所述旋转工作台I安装于所述T型槽上，所述T型槽底部具有用于向所述排液斜槽引流的斜度。

进一步地，工作时，工件夹持于工件夹具上，工件超声振动的辐射面与工件夹具表面平行，与超声振动电主轴的超声振动辐射方向相互垂直。

本发明还公开了一种高精度五轴三维超声抛光装置的使用方法，包括以下步骤：

当在三维超声抛光振动情况下，对工件平面进行加工时，首先，开启抛光液喷洒雾化装置，三自由度机械臂前端的超声波精密喷涂喷头，将抛光液进行雾化，喷洒到加工工件表面；其次，通过联动位置移动装置，调整超声抛光加工主动力装置的位置，使超声抛光加工主动力装置前端的抛光头与工件表面产生合理接触；再启动超声抛光加工主动力装置中的超声振动电主轴，使得抛光头开始旋转，并在轴向产生超声振动；最后，启动工件超声激振组件，使得工件产生超声振动。

当在二维超声抛光振动情况下，对工件复杂曲面进行加工时，首先，开启抛光液喷洒雾化装置，三自由度机械臂前端的超声波精密喷涂喷头，将抛光液进行雾化，喷洒到加工工件表面；其次，通过联动位置移动装置，调整超声抛光加工主动力装置的位置，使超声抛光加工主动力装置前端的抛光头与工件表面产生合理接触；最后，启动超声抛光加工主动力装置中的超声振动电主轴，使得抛光头开始旋转，并在轴向产生超声振动。

与现有技术相比较，本发明所述的高精度五轴三维超声抛光装置及其使用方法，具有以下优点：

1、利用超声振动电主轴带动抛光头作高速旋转的同时，在超声振动电主轴轴线方向产生超声高频振动，以及工件超声激振组件能够带动工件做水平振动，既可以在二维超声抛光情况下加工复杂曲面，又可以在三维超声抛光振动情况下对工件平面进行加工。

2、当超声振动电主轴的加工时，主轴带动抛光工具头进行旋转的同时，主轴在轴向方向上进行超声振动，振动场对带着磨粒对工件表面进行高速冲击，使得工件表面软化，使工件的可加工性更好。

3、抛光头上嵌入的有效磨粒在超声振动与自身的旋转运动与抛光头进给运动下，实际上是一个轴向高频正弦振动、缓慢进给运动和一个高速旋转运动的合成。这使得磨粒与工件的接触形式从持续性接触改变为间歇性接触，有效的减少热量的产生。抛光头的自转与振动增加了磨粒轨迹的干涉程度，可以让有效的细微划擦分布更加均匀，避免同一区域的无效加工，提高工作效率。

4、在平面抛光加工中，除了超声振动电主轴一维超声振动、抛光液喷洒雾化装置一维超声振动之外，加入工件的超声振动，在此种加工方式下，单位时间内的工件与抛光头的相对运动大大加强，单位表面材料去除效率也很大的提高，有效的缩短了抛光加工时间。

5、在平面加工中，工件的超声振动运动会对工件产生超声振动软化作用，在加工硬脆材料时候，会大大增加其材料延性去除的比例，从而改善材料的表面质量。

6、在机械臂的底端安装在基底侧面的滑轨上，三自由度机械臂能够工作的同时沿着滑轨进行移动，这样可以大幅度减少机械臂与超声振动电主轴的干涉作用。

本发明所述的高精度五轴三维超声抛光装置，是一种能够实现复杂曲面下的二维超声抛光加工，平面加工下的三维超声抛光加工的一种高精度多用抛光装置，提供了一个维度可调三维超声抛光设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高精度五轴三维超声抛光装置结构示意图。

图2为本发明超声抛光加工主动力装置结构示意图。

图3为本发明抛光液喷洒雾化装置结构示意图。

图4为本发明工件超声激振组件结构示意图。

其中，1、工件超声激振组件，101、超声波变幅杆，102、超声波换能器，

2、旋转工作台I，3、连接器，4、T形槽，5、机械臂滑轨，6、卧式导轨，

7、三自由度机械臂，701、机械臂III，702、超声波精密喷涂喷头，703、机械臂II，704、电机，705、机械臂I，706、底座，

8、工件夹具，801、螺杆，802、夹具块，803、夹具螺母。

9、排液斜槽，

10、超声振动电主轴，1001、抛光头，1002、超声振动电主轴结构外壳，

11、立式导轨II，12、立式导轨I，

13、超声电主轴安装装置，1301、紧固螺栓螺母，1302、橡胶垫，1303、双半月环，1304、紧固螺栓，1305、悬臂梁，

14、旋转工作台II。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种高精度五轴三维超声抛光装置，包括：超声抛光设备基座、移动机构、超声抛光加工主动力装置、工件超声激振组件1、抛光液喷洒雾化装置、联动位置移动装置和抛光液收集装置；所述工件超声激振组件1通过旋转工作台I2安装于所述超声抛光设备基座上部，所述工件超声激振组件1前端通过连接器3安装有工件夹具8；所述抛光液喷洒雾化装置包括三自由度机械臂7和设置于所述三自由度机械臂7前端的超声波精密喷涂喷头702，所述三自由度机械臂7安装于所述超声抛光设备基座侧部。

所述抛光液收集装置包括设置于所述超声抛光设备基座上表面的T型槽4和设置于所述T型槽4尾部的排液斜槽9；所述联动位置移动装置包括卧式导轨6、立式导轨I12、立式导轨II11；所述卧式导轨6安装于所述超声抛光设备基座上表面的两侧，并在两条所述卧式导轨6上安装有移动机构，使所述移动机构能够在所述卧式导轨6上前后移动；移动机构和超声抛光设备基座配合形成L型装置。

两条所述立式导轨I12于所述移动机构的上部，横向设置，两条所述立式导轨I12上设置有两条纵向的立式导轨II11，使两条所述立式导轨II11能够在所述立式导轨I12上横向移动；两条所述立式导轨II11上设置有旋转工作台II14，使所述旋转工作台II14能够在所述立式导轨II11上纵向移动；所述超声抛光加工主动力装置设置于立式的所述旋转工作台II14上，使所述超声抛光加工主动力装置能够在旋转工作台II14上进行旋转。

如图2所示，所述的超声抛光加工主动力装置包括超声振动电主轴10和抛光头1001；所述抛光头1001安装于所述超声振动电主轴10前端，使所述超声振动电主轴10带动抛光头1001作高速旋转的同时，在超声振动电主轴10轴线方向产生超声高频振动，超声振动电主轴10自身高速旋转，同时伴随着加工路线的进给运动。抛光头1001周期性的超声振动，高速旋转，与进给运动的合成，大大加强了磨粒冲击和划擦工件表面的能力。超声抛光头1001通过锁紧螺母与超声振动电主轴10相互连接。

所述超声振动电主轴10包括超声振动电主轴结构外壳1002，以及集成安装于所述超声振动电主轴结构外壳1002内的换能器、变幅杆和电机。

所述超声振动电主轴10通过紧固螺栓螺母1301被固定在内置橡胶垫1302的双半月环1303上，所述双半月环1303通过悬臂梁1305被紧固螺栓1304固定在立式旋转工作台II14上；超声波发射器的电信号通过所述超声振动电主轴10，转换为机械振动，通过连接装置传递给抛光头1001。

如图4所示，所述的工件超声激振组件1包括超声波换能器102和超声波变幅杆101；所述超声波变幅杆101的末端设置有超声波换能器102，前端通过连接器3安装有工件夹具8；当超声波换能器102接受到电信号，并转换为物理振动信号，通过超声波变幅杆101放大振幅，之后通过连接器3将振幅传到工件夹具8上，之后带动工件作超声振动。

工件超声激振组件1，通过与双半月环1303相同结构的双半月环固定在旋转工作台I2上，工件超声振动的辐射面与工件夹具8表面平行，与超声振动电主轴10的超声振动辐射方向相互垂直，通常在加工平面时开启工件超声激振组件1，从而采用三维超声抛光。

所述的工件夹具8包括螺杆801、夹具块组件和夹具螺母803；所述夹具块组件包括固定端的夹具本体和移动端的夹具块802，螺杆801一端固定于夹具本体上，另一端穿过夹具块802，并通过拧动螺杆801端部的夹具螺母803对夹具块802的位置进行调整固定，使夹具本体和夹具块802配合夹紧工件，工件夹具8整体结构具有质量轻，夹紧便捷，对外部部件的固有频率影响小的特点。

如图3所示，所述的三自由度机械臂7包括底座706、机械臂I705、机械臂II703、机械臂III701和电机704；所述底座706安装于所述超声抛光设备基座侧面的机械臂滑轨5上，使所述底座706能够带动所述三自由度机械臂7前后移动，这样会使超声波精密喷涂喷头702在进行抛光液喷洒时候可以前后滑动更加灵活，减少和抛光头之间的干涉作用。

所述底座706上设置有机械臂I705，并且使所述机械臂I705能够相对所述底座706转动，所述机械臂I705的上端铰接有机械臂II703，所述机械臂II703的前端铰接有机械臂III701，所述机械臂III701的前端设置有超声波紧密喷涂喷头702。

所述电机704设置有三个，分别安装于所述底座706上，所述机械臂I705和机械臂II703连接的铰接轴上，以及所述机械臂II703和机械臂III701连接的铰接轴上，使三个所述电机704工作，能够控制所述三自由度机械臂7的整体做转动，或机械臂II703相对所述机械臂I705转动，或所述机械臂III701相对所述机械臂II703转动。

所述底座706上具有用于安装所述机械臂I705的转动端，安装于所述底座706上的电机能够驱动所述转动端旋转，进而控制所述三自由度机械臂7的整体做转动。

具体的，所述机械臂I705安装在底座706上，机械臂I705可以与底座706的连接点转动。所述机械臂II703连接在机械臂I705的另外一端，机械臂II703可以按连接点转动，所述机械臂III701连接在机械臂II703的另一端，机械臂III701可以按连接点进行转动，超声波紧密喷涂喷头702连接在机械臂III701的另外一端，与电机704相同的电机分布安装在机械臂的连接点与底座上，可以在工作的时候控制机械臂的动作。

所述的抛光液喷洒雾化装置可以将经过超声振动的含有磨粒的纳米级抛光液进行雾化，并通过控制系统进行合理的实时跟随喷射，使均匀喷射到工件复杂表面，避免了抛光液中磨粒在工件上分布不均。

如图1所示，所述旋转工作台I2安装于所述T型槽4上，所述T型槽4底部具有用于向所述排液斜槽9引流的斜度，所述T型槽4尾部具有排液斜槽9，抛光液流入T型槽4内会被引流入尾部排液斜槽9进行收集。

包括工件超声激振组件1的工件振动装置固定在基座的上表面的T型槽4上，T型槽4上固定旋转工作台I2，旋转工作台I2同所述旋转工作台II14相同，所述T型槽4具有定位与固定机构的功能。

工作时，工件夹持于工件夹具8上，工件超声振动的辐射面与工件夹具8表面平行，与超声振动电主轴10的超声振动辐射方向相互垂直。

一种高精度五轴三维超声抛光装置的使用方法，包括以下步骤：

当在三维超声抛光振动情况下，对工件平面进行加工时，首先，开启抛光液喷洒雾化装置，三自由度机械臂7前端的超声波精密喷涂喷头702，将抛光液进行雾化，喷洒到加工工件表面；其次，通过联动位置移动装置，调整超声抛光加工主动力装置的位置，使超声抛光加工主动力装置前端的抛光头1001与工件表面产生合理接触；再启动超声抛光加工主动力装置中的超声振动电主轴10，使得抛光头1001开始旋转，并在轴向产生超声振动；最后，启动工件超声激振组件，使得工件产生超声振动。

当在二维超声抛光振动情况下，对工件复杂曲面进行加工时，首先，开启抛光液喷洒雾化装置，三自由度机械臂7前端的超声波精密喷涂喷头702，将抛光液进行雾化，喷洒到加工工件表面；其次，通过联动位置移动装置，调整超声抛光加工主动力装置的位置，使超声抛光加工主动力装置前端的抛光头1001与工件表面产生合理接触；最后，启动超声抛光加工主动力装置中的超声振动电主轴10，使得抛光头1001开始旋转，并在轴向产生超声振动。

在需要对工件平面或工件曲面进行加工时，在所述高精度五轴三维超声抛光装置的使用过程中，具有如下区别：

当需要对工件平面进行抛光加工，向工件超声激振组件1输入电信号，装置正常工作。

当需要对工件曲面进行加工时，不向工件超声激振组件1输入电信号，工件夹具8与工件振动系统可是为普通夹具结构，采用二维超声抛光。

根据某一具体对象，可更换可拆卸工件夹具8，夹紧工件后，调整并联机构将抛光头1001与超声波精密喷涂喷头702调整至指定位置，调整好抛光压力，将抛光路径转换，以代码形式输入控制系统，即可进行抛光作业。

工作原理：超声波精密喷涂喷头702上的一维超声振动会将抛光液雾化并且使抛光液中的磨粒分布更加均匀，从而减少磨粒聚集与浪费。在抛光的同时超声振动电主轴10外接的超声抛光头1001带动抛光液中的磨粒与工件接触，并做旋转运动与超声振动，带动磨粒滑擦并冲击工件表面，从而使表面材料得到去除，并改变加工表面质量。

当工件超声振动激振组件带动工件做超声振动的时候，可以使得工件在超声振动下产生软化作用，并且配合超声振动电主轴10的旋转超声加工，使得工件在单位时间内被磨粒滑擦得长度更长，大大提高了加工效率。

本发明所述的高精度五轴三维超声抛光装置，L型装置，移动机构在卧式导轨6的前后移动，该移动机构移动会带动超声振动电主轴10的加工位置变化，既可以实现加工路径的移动，又可以实现加工时，抛光头对工件的压力调整，是一种自动的高精度五轴线抛光装置。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，包括：超声抛光设备基座、移动机构、超声抛光加工主动力装置、工件超声激振组件、抛光液喷洒雾化装置、联动位置移动装置和抛光液收集装置；

所述工件超声激振组件通过旋转工作台I安装于所述超声抛光设备基座上部，所述工件超声激振组件前端通过连接器安装有工件夹具；

所述抛光液喷洒雾化装置包括三自由度机械臂和设置于所述三自由度机械臂前端的超声波精密喷涂喷头，所述三自由度机械臂安装于所述超声抛光设备基座侧部；

所述抛光液收集装置包括设置于所述超声抛光设备基座上表面的T型槽和设置于所述T型槽尾部的排液斜槽；

所述联动位置移动装置包括卧式导轨、立式导轨I、立式导轨II；

所述卧式导轨安装于所述超声抛光设备基座上表面的两侧，并在两条所述卧式导轨上安装有移动机构，使所述移动机构能够在所述卧式导轨上前后移动；

两条所述立式导轨I于所述移动机构的上部，横向设置，两条所述立式导轨I上设置有两条纵向的立式导轨II，使两条所述立式导轨II能够在所述立式导轨I上横向移动；

两条所述立式导轨II上设置有旋转工作台II，使所述旋转工作台II能够在所述立式导轨II上纵向移动；

所述超声抛光加工主动力装置设置于立式的所述旋转工作台II上，使所述超声抛光加工主动力装置能够在旋转工作台II上进行旋转。

2.根据权利要求1所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

所述的超声抛光加工主动力装置包括超声振动电主轴和抛光头；

所述抛光头安装于所述超声振动电主轴前端，使所述超声振动电主轴带动抛光头作高速旋转的同时，在超声振动电主轴轴线方向产生超声高频振动。

3.根据权利要求2所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

所述超声振动电主轴包括超声振动电主轴结构外壳，以及集成安装于所述超声振动电主轴结构外壳内的换能器、变幅杆和电机。

4.根据权利要求2所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

所述超声振动电主轴通过紧固螺栓螺母被固定在内置橡胶垫的双半月环上，所述双半月环通过悬臂梁被紧固螺栓固定在立式旋转工作台II上；

超声波发射器的电信号通过所述超声振动电主轴,转换为机械振动，通过连接装置传递给抛光头。

5.根据权利要求1所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

所述的工件超声激振组件包括超声波换能器和超声波变幅杆；

所述超声波变幅杆的末端设置有超声波换能器，前端通过连接器安装有工件夹具；

当超声波换能器接受到电信号，并转换为物理振动信号，通过超声波变幅杆放大振幅，之后通过连接器将振幅传到工件夹具上，之后带动工件作超声振动。

6.根据权利要求5所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

所述的工件夹具包括螺杆、夹具块组件和夹具螺母；

所述夹具块组件包括固定端的夹具本体和移动端的夹具块，螺杆一端固定于夹具本体上，另一端穿过夹具块，并通过拧动螺杆端部的夹具螺母对夹具块的位置进行调整固定，使夹具本体和夹具块配合夹紧工件。

7.根据权利要求1所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

所述的三自由度机械臂包括底座、机械臂I、机械臂II、机械臂III和电机；

所述底座安装于所述超声抛光设备基座侧面的机械臂滑轨上，使所述底座能够带动所述三自由度机械臂前后移动；

所述底座上设置有机械臂I，并且使所述机械臂I能够相对所述底座转动，所述机械臂I的上端铰接有机械臂II，所述机械臂II的前端铰接有机械臂III，所述机械臂III的前端设置有超声波紧密喷涂喷头；

所述电机设置有三个，分别安装于所述底座上，所述机械臂I和机械臂II连接的铰接轴上，以及所述机械臂II和机械臂III连接的铰接轴上，使三个所述电机工作，能够控制所述三自由度机械臂整体做转动，或所述机械臂II相对所述机械臂I转动，或所述机械臂III相对所述机械臂II转动。

8.根据权利要求1所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

所述旋转工作台I安装于所述T型槽上，所述T型槽底部具有用于向所述排液斜槽引流的斜度。

9.根据权利要求1所述的高精度五轴三维超声抛光装置，其特征在于，

工作时，工件夹持于工件夹具上，工件超声振动的辐射面与工件夹具表面平行，与超声振动电主轴的超声振动辐射方向相互垂直。

10.一种上述权利要求1-9任意一项权利要求所述的高精度五轴三维超声抛光装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

当在三维超声抛光振动情况下，对工件平面进行加工时，首先，开启抛光液喷洒雾化装置，三自由度机械臂前端的超声波精密喷涂喷头，将抛光液进行雾化，喷洒到加工工件表面；

其次，通过联动位置移动装置，调整超声抛光加工主动力装置的位置，使超声抛光加工主动力装置前端的抛光头与工件表面产生合理接触；

再启动超声抛光加工主动力装置中的超声振动电主轴，使得抛光头开始旋转，并在轴向产生超声振动；

最后，启动工件超声激振组件，使得工件产生超声振动；

当在二维超声抛光振动情况下，对工件复杂曲面进行加工时，首先，开启抛光液喷洒雾化装置，三自由度机械臂前端的超声波精密喷涂喷头，将抛光液进行雾化，喷洒到加工工件表面；

其次，通过联动位置移动装置，调整超声抛光加工主动力装置的位置，使超声抛光加工主动力装置前端的抛光头与工件表面产生合理接触；

最后，启动超声抛光加工主动力装置中的超声振动电主轴，使得抛光头开始旋转，并在轴向产生超声振动。