CN110421489B - 一种聚焦超声磨料射流复合抛光装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚焦超声磨料射流复合抛光装置及方法，包括前套筒、与前套筒一端相连的锥形喷嘴、与前套筒另一端相连的换能器座体、设置于换能器座体靠近前套筒一端的球面聚焦换能器以及设置于球面聚焦换能器外侧的声波反射器，前套筒上设置有进液口。与多轴数控系统结合，可实现三维曲面的轨迹控制抛光，从而实现非球面等复杂曲面的高效精密可控抛光加工，有效提高抛光加工效率，结构简单，可以作为现有数控机床的附件使用，增加了球面聚焦换能器和声波反射器，可以大大降低射流系统的压力，降低对喷嘴结构和材料的要求，同时使抛光液的能量更高，加工效率提高，在同样的效果下，可以大大减小液压系统的压力，降低系统成本，可靠性提高。
Description
技术领域
本发明涉及抛光技术领域，尤其涉及一种聚焦超声磨料射流复合抛光装置及方法。
背景技术
抛光是实现零件表面精密加工中重要方法。传统的抛光方法大致包括抛光盘(抛光垫)抛光、流体抛光、射流抛光三大类，在此基础上，通过改变抛光液成分、施加外电场等方法可以实现化学抛光、电解抛光、磁流变抛光等工艺。其中前两类方法存在装置结构复杂、加工效率低，不适应复杂曲面的抛光、不能修正零件的表面形状误差等缺点。磨料射流抛光虽可以实现孔的抛光，但需要复杂的射流加压系统，对喷嘴的材料和结构尺寸有很高的要求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种聚焦超声磨料射流复合抛光装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种聚焦超声磨料射流复合抛光装置，包括前套筒、与所述前套筒一端相连的锥形喷嘴、与所述前套筒另一端相连的换能器座体、设置于所述换能器座体靠近所述前套筒一端的球面聚焦换能器以及设置于所述球面聚焦换能器外侧的声波反射器，所述前套筒上设置有进液口。
更进一步地，所述前套筒和所述换能器座体之间设置有压紧环，所述换能器座体的一端设置有安装槽，所述球面聚焦换能器设置于所述安装槽中，并通过一橡胶垫圈密封。
更进一步地，所述换能器座体呈台阶状，包括安装段和与所述安装段相连的柄段，所述球面聚焦换能器位于所述安装段中。
更进一步地，所述声波反射器包括反射器端和与所述反射器端相连的调节段，所述反射器端位于所述安装段中，所述调节段与所述柄段螺纹连接并通过一锁紧螺母锁紧。
更进一步地，所述声波反射器设置有中心孔。
更进一步地，所述声波反射器的内凹球面与所述球面聚焦换能器的球面同心。
更进一步地，所述前套筒的一端设置有内螺纹，所述锥形喷嘴与所述前套筒之间螺纹连接。
更进一步地，所述进液口位于靠近所述球面聚焦换能器的一端。
更进一步地，所述球面聚焦换能器为压电陶瓷制成的球面超声波换能器。
本发明还提供一种聚焦超声磨料射流符合抛光方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、通过进液口输入抛光液，使抛光液充满前套筒，并以一预设压力从锥形喷嘴喷出；
步骤二、开启声波反射器的超声电源，所述声波反射器产生超声振动，在球面聚焦换能器的聚焦作用下，超声波在抛光液中传播并在锥形喷嘴处聚焦，使锥形喷嘴出口处的抛光液在液压系统的压力和聚焦超声能量的复合作用下从锥形喷嘴喷出；
步骤三、在抛光液中磨粒的冲击高动能作用下，对零件表面进行抛光。
本发明的聚焦超声磨料射流复合抛光装置，与多轴数控系统结合，可实现三维曲面的轨迹控制抛光，从而实现非球面等复杂曲面的高效精密可控抛光加工，有效地提高抛光加工效率，结构简单，可以作为现有数控机床的附件使用，增加了所述球面聚焦换能器和所述声波反射器，可以大大降低射流系统的压力，降低对喷嘴结构和材料的要求，同时使抛光液的能量更高，加工效率提高，在同样的效果下，可以大大减小液压系统的压力，降低系统成本，可靠性提高。
附图说明
图1为本发明的聚焦超声磨料射流复合抛光装置的示意图；
图2为本发明的聚焦超声磨料射流复合抛光装置的原理图；
图中标记为：前套筒1，锥形喷嘴2，换能器座体3，安装段31，柄段32，球面聚焦换能器4，声波反射器5，反射器端51，调节段52，中心孔53，进液口6，安装槽7，橡胶垫圈8，锁紧螺母9。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1及图2所示，本发明提供一种聚焦超声磨料射流复合抛光装置，包括前套筒1、与所述前套筒1一端相连的锥形喷嘴2、与所述前套筒1另一端相连的换能器座体3、设置于所述换能器座体3靠近所述前套筒1一端的球面聚焦换能器4以及设置于所述球面聚焦换能器4外侧的声波反射器5，所述前套筒1上设置有进液口6，具体的，所述声波反射器5的内凹球面与所述球面聚焦换能器4的球面同心。该聚焦超声磨料射流复合抛光装置与多轴数控系统结合，可实现三维曲面的轨迹控制抛光，从而实现非球面等复杂曲面的高效精密可控抛光加工，有效地提高抛光加工效率，结构简单，可以作为现有数控机床的附件使用，增加了所述球面聚焦换能器4和所述声波反射器5，可以大大降低射流系统的压力，降低对喷嘴结构和材料的要求，同时使抛光液的能量更高，加工效率提高，在同样的效果下，可以大大减小液压系统的压力，降低系统成本，可靠性提高。
所述前套筒1和所述换能器座体3之间设置有压紧环7，所述换能器座体3的一端设置有安装槽7，所述球面聚焦换能器4设置于所述安装槽7中，并通过一橡胶垫圈8密封。
所述换能器座体3呈台阶状，包括安装段31和与所述安装段31相连的柄段32，所述球面聚焦换能器4位于所述安装段31中。
所述声波反射器5包括反射器端51和与所述反射器端51相连的调节段52，所述反射器端51位于所述安装段31中，所述调节段52与所述柄段32螺纹连接并通过一锁紧螺母9锁紧。
所述声波反射器5设置有中心孔53。
所述前套筒1的一端设置有内螺纹，所述锥形喷嘴2与所述前套筒1之间螺纹连接。
所述进液口6位于靠近所述球面聚焦换能器4的一端。
所述球面聚焦换能器4为压电陶瓷制成的球面超声波换能器。
本发明还提供一种聚焦超声磨料射流符合抛光方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、通过进液口6输入抛光液，使抛光液充满前套筒1，并以一预设压力从锥形喷嘴2喷出；
步骤二、开启声波反射器5的超声电源，所述声波反射器5产生超声振动，在球面聚焦换能器4的聚焦作用下，超声波在抛光液中传播并在锥形喷嘴2处聚焦，使锥形喷嘴2出口处的抛光液在液压系统的压力和聚焦超声能量的复合作用下从锥形喷嘴2喷出；
步骤三、在抛光液中磨粒的冲击高动能作用下，对零件表面进行抛光。
本发明的聚焦超声磨料射流复合抛光装置工作原理如下：在液压泵驱动下，所述前套筒1的空腔充满抛光液；在超声波电源的驱动下，所述球面聚焦换能器4产生厚度方向的超声振动，向背面和凹面两个方向辐射超声波，调整声所述声波反射器5与所述球面聚焦换能器4之间的距离，使背向传播的超声波在所述声波反射器5与所述球面聚焦换能器4的球面之间形成驻波，背向传播的能量被反射回换能器，使所述球面聚焦换能器4产的振动得到增强，向所述球面聚焦换能器4球心方向辐射的超声振动，经过涂覆在内表面的匹配层耦合，传入到抛光液中，并沿球面的半径方向向球心传播，越接近球心位置，液体中的超声振动能力密度越高，在焦点处达到最高能量密度，从而实现抛光液中液压驱动能量和超声振动能量的叠加，使所述锥形喷嘴2喷出的抛光液射流具有很高的能量，并通过抛光液作用到被加工零件表面，在抛光液的冲击和振动共同作用下实现表面材料的去除，对工件进行抛光；可以通过改变喷嘴与工件之间的距离和角度，得到不同的抛光效果，适应不同工件的抛光需要。
本发明的聚焦超声磨料射流复合抛光装置，与多轴数控系统结合，可实现三维曲面的轨迹控制抛光，从而实现非球面等复杂曲面的高效精密可控抛光加工，有效地提高抛光加工效率，结构简单，可以作为现有数控机床的附件使用，增加了所述球面聚焦换能器4和所述声波反射器5，可以大大降低射流系统的压力，降低对喷嘴结构和材料的要求，同时使抛光液的能量更高，加工效率提高，在同样的效果下，可以大大减小液压系统的压力，降低系统成本，可靠性提高，提高超声振动频率(达到1MHz左右)，有利于简化结构，提高所述球面聚焦换能器4超声能量聚焦的效果。
以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种聚焦超声磨料射流复合抛光装置，其特征在于：包括前套筒、与所述前套筒一端相连的锥形喷嘴、与所述前套筒另一端相连的换能器座体、设置于所述换能器座体靠近所述前套筒一端的球面聚焦换能器以及设置于所述球面聚焦换能器外侧的声波反射器，所述前套筒上设置有进液口；
所述前套筒和所述换能器座体之间设置有压紧环，所述换能器座体的一端设置有安装槽，所述球面聚焦换能器设置于所述安装槽中，并通过一橡胶垫圈密封；
所述换能器座体呈台阶状，包括安装段和与所述安装段相连的柄段，所述球面聚焦换能器位于所述安装段中；
所述声波反射器包括反射器端和与所述反射器端相连的调节段，所述反射器端位于所述安装段中，所述调节段与所述柄段螺纹连接并通过一锁紧螺母锁紧；
所述声波反射器的内凹球面与所述球面聚焦换能器的球面同心。
2.如权利要求1所述的聚焦超声磨料射流复合抛光装置，其特征在于：所述声波反射器设置有中心孔。
3.如权利要求1所述的聚焦超声磨料射流复合抛光装置，其特征在于：所述前套筒的一端设置有内螺纹，所述锥形喷嘴与所述前套筒之间螺纹连接。
4.如权利要求1所述的聚焦超声磨料射流复合抛光装置，其特征在于：所述进液口位于靠近所述球面聚焦换能器的一端。
5.如权利要求1所述的聚焦超声磨料射流复合抛光装置，其特征在于：所述球面聚焦换能器为压电陶瓷制成的球面超声波换能器。
6.如权利要求1所述的聚焦超声磨料射流复合抛光装置，其抛光方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、通过进液口输入抛光液，使抛光液充满前套筒，并以一预设压力从锥形喷嘴喷出；
步骤二、开启声波反射器的超声电源，所述声波反射器产生超声振动，在球面聚焦换能器的聚焦作用下，超声波在抛光液中传播并在锥形喷嘴处聚焦，使锥形喷嘴出口处的抛光液在液压系统的压力和聚焦超声能量的复合作用下从锥形喷嘴喷出；
步骤三、在抛光液中磨粒的冲击高动能作用下，对零件表面进行抛光。
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