CN114952635A - 超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，用于对工件在浸没状态下进行抛光，包括脉动气射流喷射装置、超声施加装置、作业箱体：脉动气射流喷射装置，包括用于向喷嘴实施脉冲供气的管路，喷嘴以一定角度朝向工件；超声施加装置，包括配合设置的超声换能器和超声聚能器，超声聚能器至少在工作状态下向工件聚焦超声波；超声波在工件上聚焦形成汇集区域，喷嘴在工件上形成冲击区域，汇集区域和冲击区域至少部分重合。本发明优化了抛光系统方案，综合超声空化以及气射流技术，满足不同表面的抛光需求，有效改善了抛光质量和效率。

Description

超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统

技术领域

本发明是关于适用于复杂表面精密超精密抛光制造的柔性非接触抛光技术，特别是关于一种超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统。

背景技术

具有复杂形状和超精密表面的光学元件广泛应用于天文、军事、航空航天和生物医学领域的计量和观测设备，其超精密抛光对形状精度和粗糙度均提出了极高的要求。然而，现有的接触式抛光工艺，如小磨头抛光、柔性气囊抛光等，往往存在着物理干涉、工具磨损、接触变形等现象，进而导致去除不可控、精度差、效率低等瓶颈问题。因此，亟需寻找或开发一种面向复杂异形光学元件的高质高效表面超精密抛光技术。

射流抛光是一种基于流体动能的超精密子孔径非接触抛光技术。该工艺使用加压水作为悬浮磨料颗粒(通常为1～5μm)的载体，从小喷嘴中喷出并冲击工件表面，实现材料去除。该工艺对复杂面形具有很强的适应性，且不存在传统工具头的磨损问题，特别适合各种硬脆材料、金属与非金属制成的光学透镜及其模具、微结构孔道等复杂异形件的抛光。但该工艺仍存在去除效率低、喷嘴易堵塞和磨损等瓶颈问题。

国内外学者针对射流抛光效率低的问题，提出了气混合水射流、超声空化辅助射流抛光、负压型腔水射流抛光、纳米胶体射流抛光、阵列喷嘴及线喷嘴射流抛光等一系列改进工艺。其中，气混合水射流是将气体注射进入水射流管道混合并由喷嘴喷出，实验结果发现该工艺可以显著提高材料去除速率，但会引起抛光表面的极度恶化，不适合抛光过程。超声空化辅助水射流抛光工艺是由日本京都大学Beaucamp等人提出，即在普通水射流喷嘴前端施加超声，形成空化效应，在喷嘴出口上游产生大量的微气泡，实验数据表明，这些微气泡可将材料去除率提高380％，并且不会造成表面光洁度的退化。类似地，同样基于普通水射流，湖南大学Chen等人提出利用负压密闭环境下射流束产生的空化效应提高了近2倍的抛光去除速率，同样不会显著恶化抛光质量。哈尔滨工业大学王星等人研究了脉动纳米胶体空化射流，指出与同等加工条件下的普通纳米胶体射流相比，空化效应能够使加工效率提升20％左右。王春锦等人将多个孔组成喷嘴阵列以及采用线性喷嘴代替传统水射流的单喷嘴喷射，大幅度提高了射流抛光材料去除率，可用于大中型工件曲面的高效抛光，但对射流系统流量性能要求很高，且难以应用于复杂异形件表面的可控抛光。

综上所述，空化作用可以提高流体抛光去除效率，但目前基于空化辅助水射流抛光对去除效率的提高仍非常有限，并且传统水射流抛光中，抛光液中的磨粒对射流喷嘴易造成堵塞和磨损等问题。

公开于背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，通过综合超声空化以及气射流技术，从而满足常规工件表面特别是异形复杂表面的精密、超精密抛光需求，降低抛光引起的表面及亚表面损伤，提升抛光的效率和质量。

为实现上述目的，本发明的实例提供了超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，用于工件表面实施高质高效抛光，包括作业箱体其形成有内腔(该作业箱体可以为箱、槽等结构的形式，以提供承载性功能为要)，至少用于承载抛光液、工件以及承载工件的工件夹具；脉动气射流喷射装置，可以是高压气罐、高压气泵等，包括用于向喷嘴实施脉冲地供气的管路，喷嘴其射流方向受控地朝向工件；超声施加装置，包括配合设置的超声换能器和超声聚能器，超声聚能器至少在工作状态下受控地向工件聚焦超声波；工作时，工件至少工作区浸没于抛光液，超声波在工件聚焦形成汇集区域，喷嘴在工件上喷射形成冲击区域，汇集区域和冲击区域至少部分重合。

在本发明的一个或多个实施方式中，超声聚能器朝向汇集区域形成有焦点(焦点指超声聚能器的能量汇聚点)，喷嘴的出口射流具有射流中心线，射流中心线在冲击区域形成有中心点，焦点与中心点重合：需要注意的是这里的重合包括而不限于焦点与中心点几何意义的重合、焦点位于射流中心线及其延长线上的情形(焦点在射流中心线方向的投影与中心点在冲击区域重合)等情形。

在本发明的一个或多个实施方式中，超声聚能器还设置有喷嘴夹具(一般位于聚焦面侧)，喷嘴夹具限定喷嘴以满足：喷嘴的射流中心线与聚焦面的轴线重合，这里的轴线指聚焦面的所形成的放射或者聚拢趋势方向所成的中心轴线(中心轴线是经过焦点的)，这种趋向性的中心轴线在对称性的聚焦面或者非对称性的聚焦面中都存在的。

在本发明的一个或多个实施方式中，聚焦面为轴对称结构，且喷嘴的射流中心线(即喷嘴出口位置射流的中心线)与聚焦面的对称轴重合。此时聚焦面优选为具有喇叭形、锥形等回转对称结构。

在本发明的一个或多个实施方式中，喷嘴夹具包括夹具主体以及密封件，密封件设置于聚焦面与夹具主体之间以形成封闭性的弹性缓冲，密封件可以为密封橡胶圈等。

在本发明的一个或多个实施方式中，脉动气射流喷射装置还包括脉动气射流喷射装置，其可以包括供气装置、电磁阀和时间控制装置如时间继电器等用于实现时序信号控制的设备，管路顺次连通供气装置和喷嘴，电磁阀设置于管路上并依据时间继电器的指令控制管路的通断。此时，时间控制置控制器负责发出指令序列控制电磁阀通断，从而形成满足需求的脉冲。

在本发明的一个或多个实施方式中，超声施加装置还包括连接套筒，连接套筒一端设置有与超声换能器配合的第一安装位，连接套筒另一端设置有与超声聚能器配合的第二安装位。

在本发明的一个或多个实施方式中，第一安装位包括用于容纳超声换能器的容纳槽，以实现超声换能器与超声聚能器的紧密配合。

在本发明的一个或多个实施方式中，还包括抛光液供应装置，抛光液供应装置包括抛光液存储箱、供应管，供应管用于连接抛光液存储箱和作业箱体。

在本发明的一个或多个实施方式中，供应管还设置有抛光液循环泵。优选的抛光液循环泵为蠕动泵等。

在本发明的一个或多个实施方式中，为了满足超声施加装置和/或脉动气射流喷射装置等的配置需求，还可以设置安装支架，该安装支架可以包括法兰盘以及双头螺杆，该双头螺杆一端固定连接到连接套筒，此时可以在连接套筒的套筒主体或法兰结构设置匹配的连接螺孔，双头螺杆的另一端连接到法兰盘，此时通过该法兰盘与双头螺杆的配合即可以实现将超声施加装置和/或脉动气射流喷射装置的主体结构连接到工业机械臂等可以被操控的运动载体上，从而实现对抛光作业位置、超声波聚焦的方向/角度以及射流的方向/角度等的受控调整。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，一方面，脉动气射流喷射装置端产生的高压气体经过由时间控制装置先导的高频电磁阀形成脉动气射流，通过气流通道到达喷嘴并冲击淹没于抛光液中的待抛光表面上；另一方面，利用超声换能器产生高频振动并通过连接套筒传递到超声聚能器上，超声聚能器再将高频振动聚集在气射流与工件的接触点处并在壁面附近再次产生空化效应，并细化现有的气泡群，赋予脉动气射流产生的微气泡更大的压力和动能，从而进一步增强脉动气射流的材料去除速率并改善抛光质量；同时，配有电动搅拌器的抛光液存储箱通过抛光液循环泵对作业箱体进行循环供液，保证抛光作业箱体中抛光液的均匀性。本发明的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统通用性强，可通过法兰连接安装在多轴数控机床的主轴或工业机器人机械臂末端上。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-供气装置，2-电磁阀，3-时间继电器，4-法兰盘，5-双头螺杆，6-超声换能器，7-气流通道，8-电源，9-连接套筒，10-超声聚能器，11-作业箱体，12-密封橡胶圈，13-喷嘴夹具，14-喷嘴，15-蠕动泵，16-抛光液存储箱，17-搅拌器，18-空化气泡，19-工件，20-工件夹具，21-抛光液。

具体实施方式

下面结合本发明的具体实施方式，对本发明技术方案进行示例性的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

本发明方案的包括而不限于如下实施方式中，在实施过程中还包括电源、气泵等现有技术设备，均是本领域技术人员的公知常识，这里就不一一限定说明，而仅仅针对本发明的创新之处进行说明。

如图1所示，根据本发明优选实施方式的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，主要用于对浸没于液面下的工件19进行抛光，本方案的创新之处可以包括如下几个主要功能结构：作业箱体其形成有内腔，即作业箱体主体呈一个中空容器形式，该内腔在作业过程中用于容纳抛光液21、工件19以及承载工件19的工件夹具20，此时，在工作状态下工件19以及工件夹具可以依据工况需求而选择性地浸没到抛光液21的液面以下，从而实现工作中工件19上至少工作区(工作区至少指当前状态下需要抛光的部分)浸没于抛光液21中，从而可以满足部分待抛光工件的局部抛光、分区域批次抛光(受尺寸形状等限制)等。优选的，工件夹具20包括而不限于具有钳夹性功能结构的夹持工具、具有磁吸附或者真空吸附等功能性结构的吸附工具以及其它具有紧固限定结构的锁紧工具，以满足对工件的限定作业即可。

优选的，抛光时喷嘴14、工件19、工件夹具20、超声聚能器10均可以浸没于抛光液中，此时气射流带着抛光液中的磨粒冲击表面能产生材料去除效用，这里带有高频振动的超声聚能器直接通过抛光液来传播，有助于实现效率(包括而不限于能量递送效率等)最大化。

脉动气射流喷射装置，可以是高压气罐、高压气泵等，以作为本发明方案中高压脉动气射流的来源，包括用于向喷嘴14实施脉冲地供气的管路，管路连接到脉动气射流喷射装置，喷嘴14其射流方向受控地朝向工件；

超声施加装置，包括配合设置的超声换能器6和超声聚能器10，超声聚能器10至少在工作状态下向工件聚焦超声波；超声波在工件聚焦形成汇集区域，喷嘴14在工件喷射形成冲击区域，汇集区域和冲击区域至少部分重合，此时即可以实现在工作状态下将气射流的能量以及超声空化的能量恰当地汇集到抛光目标区域，从而满足对该目标区域的协同高效抛光，在避免损伤表面的同时，还避免微气泡的集聚。优选的，在将喷嘴14和超声施加装置结合受控机械臂后，还可以有效满足对复杂异形结构表面的抛光需求。

在工作状态下，工件19被限定于液面下的工件夹具表面，此时工件19的全部或者至少需要抛光的区域被浸没或者浸润于抛光液21中，这就使得抛光的目标区域即工件待抛光表面在工作过程中处于浸润状态。喷嘴14以及超声施加装置的聚能器被限定于工件上方，并且喷嘴14方向以及聚能器的聚能方向均朝向工件，从而使得气射流以及空化超声波均能够汇聚于液下的抛光目标区域，以通过气射流和超声空化的协同完成抛光作业。而在完成一个区域的抛光后，通过控制机械臂从而完成对喷嘴14和超声施加装置的转移和对下一位置的聚焦，即可重复完成新的抛光作业，从而实现对同一工件19上不同位置的抛光或者可以对被限定于同一工件夹具的多个工件19的抛光。

优选的，为了配合机械臂可以通过安装支架实现，该安装支架可以包括法兰盘4以及双头螺杆5，该双头螺杆5一端固定连接到连接套筒9此时可以在连接套筒9的套筒主体或法兰结构设置匹配的连接螺孔，双头螺杆5的另一端连接到法兰盘4，此时通过该法兰盘4与双头螺杆5的配合即可以实现将超声施加装置的主体结构连接到可以被操控的机械臂等上。此时，通过调节机械臂的位置即可实现对抛光区域的调整。

优选的，在上述方案中，为优化抛光效果，还可以进一步地限定：超声聚能器10在汇集区域形成有焦点，喷嘴14的出口具有射流中心线，射流中心线在冲击区域形成有中心点，焦点与中心点重合，通过这种重合可以实现超声空化能量、超声波导致的压差脉动能力以及气射流形成的冲击能量和剪切能量等可以被汇聚到目标区域。

需要注意针对焦点与中心点重合包括而不限于：几何意义的重合；或者焦点位于射流中心线及其延长线上；也可以为两者的在射流中心线线上的偏差(包括而不限于平行偏移距离：经过焦点与中心点的两条与射流中心线平行的平行线的间距)满足一定的限制如不大于1mm等；还可以为喷嘴的射流中心线与聚焦面的轴线之间的夹角在2°范围内，并且喷嘴的射流中心线与聚焦面的轴线与工作区域所在面的交点间距小于5mm。这种偏差具体可以视产品、工艺以及抛光液21等多方面的限定而限定。优选的，喷嘴14的射流中心线与聚焦面的轴线重合，此时喷嘴14脉冲气射流的在抛光区域上的中心点就与超声空化区域的中心点，在当前抛光面上形成重合，形成能量聚焦。

作为一种实施方式，为了向喷嘴14提供脉动气射流，还可以包括通过管路连接到喷嘴14的脉动气射流喷射装置，其可以包括供气装置1如高压气泵等、电磁阀2和时间控制装置如时间继电器3等，这里可以通过时间继电器3以及电磁阀2配合实现一个气射流脉动控制装置，进而可以由喷嘴14喷射出特定频率或者时间间隔的脉动气射流，喷射频率可以为10-1000Hz等，具体的时序选择可以视工件19产品的表面形态、材质、抛光液21组成等多方面决定，从而可以有效获得最大的材料去除效率和最优的抛光表面质量。

作为一种实施方式，为了将喷嘴14与超声聚能器10结合，还可以采用喷嘴夹具13将喷嘴14限定到聚焦面所在侧，通过这种限定可以使喷嘴14的射流中心线与聚焦面的轴线重合。此时，如图1中所展示的，喷嘴夹具13可以包括夹具主体以及密封件，密封件设置于聚焦面与夹具主体之间以形成封闭性的弹性缓冲。图1中展示了，超声聚能器10的聚焦面上形成有一个紧固结构——图中展示为一个螺纹槽，此时，柱形结构的夹具主体的两端分别为喷嘴14和螺栓结构，夹具主体通过螺栓结构连接在螺纹槽内，并且密封胶垫设于两者之间。夹具主体上开设有供脉冲气射流流通至喷嘴14的第一气管，从而形成了由脉动气射流喷射装置至喷嘴14的气射流通道。优选的，该第一气管可以设置于柱形的夹具主体的中心位置。

作为一种实施方式，如图1中所展示的一种形式：超声施加装置还可以包括连接套筒9，连接套筒9可以如图所示地设置有套筒主体以及设置到套筒主体一端的法兰结构，这里的套筒主体和法兰结构可以为一体成型的，此时。连接套筒9一端设置有与超声换能器6配合的第一安装位，连接套筒9另一端设置有与超声聚能器10配合的第二安装位。第一安装位可以设置有用于容纳超声换能器6的容纳槽，超声换能器6即被设置于该容纳槽内，从而与一端的超声聚能器10接合，以实现超声换能器6与超声聚能器10的紧密配合，从而满足超声波能出传递与汇聚要求。

此时作为一种优化的气路方案，为了避免额外地采用其它冗余的通气管路连接供气装置1以及喷嘴14或者连接供气装置1以及第一气管，可以在套筒主体内开设第二气管，从而实现高压脉冲气流由脉动气射流喷射装置可以顺次地流经第二气管、第一气管而到达喷嘴14，从而有效简化结构设计、并且有效避免干扰。

作为一种实施方式，此外为了对作业箱体中的抛光液21进行补充、更换等，还可以设置抛光液21供应装置，抛光液21供应装置包括抛光液存储箱16、供应管，供应管用于连接抛光液存储箱16和作业箱体的内腔。此时可以在供应管上设置输送抽提抛光液21用的泵，如蠕动泵15等，采用蠕动泵可以有效避免可能形成的污染，以满足抛光液在作业箱体11与抛光液存储箱16之间的动态循环更新。

如图1展示了本发明的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统的一种优选的实施方式，包括：

脉动气射流喷射装置，产生压力气体并通过管路或气流通道7(可以由第二气管、第一气管顺次连通形成)向抛光系统喷嘴端供气，一般地，脉动气射流喷射装置除了提供高压气体的高压气泵或者高压气罐等供气装置1外，为了满足压力的稳定和可控性还可以包括压力表和压力调节装置等监控和调节装置；电磁阀2，设置于管路上，用于控制气流的通断；时间继电器3，连接于电磁阀2的先导端，依据设置参数或者指令对电磁阀2进行先导控制，主要控制气流的通断时间长短，使得喷嘴14出口端喷出的高压气体具有一定的脉动频率和脉动周期。

法兰盘4，用于连接超声空化辅助脉动气射流喷嘴14与系统运动输出末端，输出末端既可以是多轴数控机床的主轴，也可以是工业机器人的机械臂；双头螺杆5，用于将超声空化辅助脉动气射流喷嘴14固定在法兰上，同时保证喷嘴14与系统运动输出末端同心。

超声换能器6，超声发生装置，将电磁能转化为机械能(声能)的装置；电源8，超声换能器6的输入端；连接套筒9，连接超声换能器6和超声聚能器10的刚性连接零件，保证超声换能器6产生的机械振动能够完全传递给超声聚能器10；超声聚能器10，超声振动的聚集装置，目的在于将超声换能器6产生的机械振动聚集于一点或一个小区域。即可以在工件表面区域形成了空化气泡18，通过产生的空化作用和冲击作用等产生有效抛光。

作业箱体11，可以是设置盖的，可以被封闭的，也可以是敞口的，主要用于盛装抛光液21，并提供液下抛光环境，工件19和工件夹具20等在工作状态下均被浸没于其中的抛光液21中；密封橡胶圈12，用于连接和缓震；喷嘴夹具13，夹装喷嘴14并提供气流通道7；喷嘴14，具有不同内孔径(0.15–1.5mm)的喷气口，具有一定压力的气体通过气流通道7到达喷嘴14，并通过被抛光液21淹没的喷嘴14射出，在液下环境下以气柱的形式冲击同样淹没于抛光液21中的工件19表面。工件19，即被抛光样件，如光学元件等，材质包括但不限于BK7，K9玻璃；工件夹具20，用于夹装工件19；抛光液21，可以含有抛光磨粒和其他添加剂的悬浮液，抛光磨粒包括但不限于氧化铈、氧化铝、氧化镁和碳化硅等等，工件19、工件夹具20以及抛光液21等均在作业箱体11中，并且在图中工件19和工件夹具20均为抛光液21所浸没。

蠕动泵15，用于向作业箱体11供给搅拌均匀的抛光液21；抛光液存储箱16，用于将作业箱体11流回的抛光液21搅拌均匀并循环供应给作业箱体11的过渡容器；为了使抛光液存储箱16中的抛光液21处于稳定的状态还可以设置搅拌器17，用于抛光液21的均匀化搅拌。

本发明提出的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光方案通过以下技术方案实现：在抛光过程中，与超声聚能器10刚性连接的喷嘴14和装夹在工作台上的工件19同时淹没于提前配置的抛光液21中，带有一定压力(1～20bar)的压缩气体通过直径范围为0.15～1.5mm的喷嘴14，按照预设的脉动频率和压力垂直或成一定角度(10～90°)的作用于工件19表面；与此同时，超声换能器6产生的高频振动通过连接套筒9和超声聚能器10的刚性传播后，在抛光液21中与气射流相交于一点，即为超声空化辅助淹没脉动气射流抛光的作用点。其中，气体压力可通过压力调节器精确调节，气体的脉动频率通过高频电磁阀2和时间继电器3共同实现，超声波的振幅和频率由集成在超声电源8上的控制器控制。为了保证抛光液21中磨粒混合的均匀性并有效避免重力引起的抛光磨粒沉淀现象，在单独的抛光液存储箱16中连续使用机械搅拌，同时对作业箱体11中的抛光液21通过蠕动泵15进行动态循环更新。

本发明通过气流脉动和超声空化两种空化作用方式相互耦合的工作思路来提高非接触流体抛光的去除效率，具体的实现途径是：一方面，脉动气射流喷射装置端产生的高压气体经过由时间继电器先导的高频电磁阀形成脉动气射流，通过气流通道到达喷嘴并冲击淹没于抛光液中的工件的待抛光表面上，气射流、抛光液和磨粒在接触界面发生剧烈的能量交换。由于射流不稳定性，在气液界面卷吸抛光液，并形成大量包含磨粒的液滴，并被高速气射流加速作用于工件表面。另外，气射流在抛光界面破碎形成大量的空化气泡，气泡在壁面附近生成、发展、崩溃和湮灭的过程，引发微射流和湍流，进而驱动抛光磨粒对表面材料实施剪切去除；另一方面，利用超声换能器产生高频振动并通过连接套筒传递到超声聚能器上，超声聚能器再将高频振动聚集在气射流与工件的接触点处并在壁面附近再次发生空化效应，产生的空化气泡在急剧崩溃的瞬间产生局部高温高压(如可以达到5000K，1800atm)，赋予脉动气射流产生的微气泡更大的压力和动能，同时细化已产生气泡群。另外,空化气泡破灭还会使得壁面附近产生局部负压区域，负压区域的存在极大的扰动了抛光液和磨粒并对去除区域产生垂直撞击或者机械剪切作用。气射流和超声两种作用方式相互耦合，从而进一步增强了脉动气射流的材料去除速率，并改善抛光质量。

本发明公开的超声辅助脉动气射流抛光方案是将压力气体通过喷嘴冲击于工件，并通过超声施加装置的空化作用辅助来增加去除效率，并破碎细化气泡来提升抛光质量的流体抛光方案，喷嘴端喷出的高压气体不含抛光磨粒，且耦合空化作用去除区域远离喷嘴端，几乎不会对喷嘴造成损伤和影响，因此可以很好的解决传统流体抛光方案中存在的喷嘴堵塞和磨损问题。

本发明的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光方案，利用上述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，在实施的过程中可以通过改变喷嘴大小、工作压力、驻留时间、脉动频率、超声振幅、功率和频率来精确控制工件表面材料的去除形貌、去除速率和表面质量，还可以通过进一步的路径规划和误差控制，从而实现工件表面的确定性高质高效精密抛光。

本发明的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统和抛光方案，既适用于异形复杂零件内外表面的高质高效抛光，也适用于超光滑表面的面形修整。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，用于对工件在浸没状态下进行抛光，包括：

作业箱体，形成有内腔，至少用于承载抛光液、工件以及承载所述工件的工件夹具；

脉动气射流喷射装置，包括用于向喷嘴实施脉冲地供气的管路，所述喷嘴其射流方向受控地朝向所述工件；

超声施加装置，包括配合设置的超声换能器和超声聚能器，所述超声聚能器至少在工作状态下受控地向所述工件聚焦超声波；

工作时，所述工件至少工作区浸没于抛光液，超声波在所述工件上聚焦形成汇集区域，所述喷嘴在所述工件上形成冲击区域，所述汇集区域和所述冲击区域至少部分重合。

2.如权利要求1所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述超声聚能器朝向所述汇集区域形成有焦点，所述喷嘴的出口射流具有射流中心线，所述射流中心线在所述冲击区域形成有中心点，所述焦点与所述中心点重合。

3.如权利要求2所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述超声聚能器还设置有喷嘴夹具，所述喷嘴夹具限定所述喷嘴以满足：所述喷嘴的射流中心线与所述聚焦面的轴线重合。

4.如权利要求3所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述聚焦面为轴对称结构，且所述喷嘴的射流中心线与所述聚焦面的对称轴重合。

5.如权利要求3所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述喷嘴夹具包括夹具主体以及密封件，所述密封件设置于所述聚焦面与所述夹具主体之间。

6.如权利要求1所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述脉动气射流喷射装置还包括供气装置、电磁阀和时间控制置，所述管路顺次连通所述供气装置和喷嘴，所述电磁阀设置于管路上并依据时间控制器的指令控制所述管路的通断。

7.如权利要求1所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述超声施加装置还包括连接套筒，所述连接套筒一端设置有与所述超声换能器配合的第一安装位，所述连接套筒另一端设置有与所述超声聚能器配合的第二安装位。

8.如权利要求7所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述第一安装位包括用于容纳所述超声换能器的容纳槽，以实现所述超声换能器与所述超声聚能器的紧密配合。

9.如权利要求1-8任一所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，还包括抛光液供应装置，所述抛光液供应装置包括抛光液存储箱、供应管，所述供应管连接所述抛光液存储箱和所述作业箱体。

10.如权利要求9所述的超声空化辅助淹没脉动气射流抛光系统，其特征在于，所述供应管还设置有抛光液循环泵。

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