重叠振动复合磨料加工方法及装置
专利汇可以提供重叠振动复合磨料加工方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种重叠振动复合 磨料 加工方法及装置。加工方法：在硬脆材科加工过程中同时沿电 镀 金刚石工具轴向施加低频振动和超声振动，使低频振动和超声振动 叠加 在一起，并且给工具施加一轴向压 力 p，以 水 为介质将 电镀 金刚石和游离磨料同时引入加工区进行加工。加工装置具有相连接的 压电换能器 、第一螺钉、变幅杆、第三螺钉、电镀金刚石工具，变幅杆通过自身 节点 处的 法兰 盘、第二螺钉与压电换能器罩相接，电镀金刚石工具下方设有 工作台 和低频振动器，工作台上设有夹具。本发明进一步减少加工力(只有传统超声加工力的1/6～1/8)和 工件 内 应力 ；加工 精度 提高至0.001～0.003mm；工件不会 破碎 ，完整性好；加工成本低。，下面是重叠振动复合磨料加工方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种重叠振动复合磨料加工方法，其特征在于，在硬脆材科加工过程中 同时沿电镀金刚石工具轴向施加低频振动和超声振动，使低频振动和超声振动 叠加在一起，并且给工具施加一轴向压力p，以水为介质将电镀金刚石和游离磨 料同时引入加工区进行加工。
2.根据权利要求1所述的一种重叠振动复合磨料加工方法，其特征在于， 所述的低频振动频率F＝20～200Hz，振幅A＝100～200μm。
3.根据权利要求1所述的一种重叠振动复合磨料加工方法，其特征在于，所 述的超声振动频率f＝15000～30000Hz，振幅a＝15～50μm。
4.一种重叠振动复合磨料加工装置，其特征在于，它具有相连接的压电换 能器(2)、第一螺钉(3)、变幅杆(4)、第三螺钉(6)、电镀金刚石工具(7)，变幅 杆(4)通过自身节点处的法兰盘、第二螺钉(5)与压电换能器罩(1)相接，电镀金 刚石工具(7)下方设有工作台(10)和低频振动器(11)，工作台(10)上设有夹具 (9)。
5.根据权利要求4所述的一种重叠振动复合磨料加工装置，其特征在于， 所述低频振动器(11)的低频振动频率F＝20～200Hz，振幅A＝100～200μm。
6.根据权利要求4所述的一种重叠振动复合磨料加工装置，其特征在于，所 述压电换能器(2)的频率f＝15000～30000Hz，振幅a＝15～50μm。
技术领域
本发明属于磨削加工方法，尤其涉及一种重叠振动复合磨料加工方法及装 置。
背景技术
1.硅镜异形盲孔精密加工
随着科学技术和工业生产的飞速发展，以陶瓷、硬质合金、钕铁硼、硅、 锗、铁氧体、氧化锆、微晶玻璃、淬火钢、镀铬层等为代表的硬脆材料呈出不 穷，应用领域越来越广泛。传统加工方法一直存在着加工效率低、工件易破碎、 能耗大、加工质量差、许多设计要求无法实现等重大问题，长期困挠和影响着 工厂的生产。工厂迫切地需要解决硬脆材料的高效精密加工难题。
例如，随着空间科学技术的不断发展，为了满足航空航天器、天文观测对 观测分辨力和成像质量越来越高的要求，需要采用更长焦距、更大口径的光学 系统，而口径增大是光学仪器体积增大和重量增加的主要因素，系统的惯量也 随之增加，给整个系统的工作带来了极为不利的影响。由于光学系统是空间遥 感的重要有效载荷，其质量的大小直接决定了发射成本和工作性能的高低，因 此必须在保证动、静态刚度和强度的前提下对空间光学系统结构进行最大程度 的轻量化。其中硅镜的轻量化是整个系统轻量化最基本最重要的环节。
硅镜外径尺寸通常在Φ150～Φ2000mm之间，厚度为8～100mm，硅镜毛坯 呈实心圆板状。为了降低硅镜重量，需要在硅镜上制造出大量异形盲孔，且筋 越薄越好。硅镜形状各异、大小不一。例如，某种硅镜外径Φ300mm、厚25mm。 为了降低硅镜重量和谐振频率，需要在硅镜一侧加工几十个异形盲孔，其深度 均为20mm，可去除70.1％的重量。硅镜具有耐强光、轻质、电气性能好、机械 性能优良等特点。要求加工精度高、光洁度好，加强筋无裂纹、不破碎，壁厚 均为1.5mm，且一致性要好。
单晶硅具有优良的机械、物理性质，其机械品质因数可高达106数量级，滞 后和蠕变极小，几乎为零，机械稳定性好。
硅材料的质量轻，密度约为不锈钢的1/3，而弯曲强度却为不锈钢的3.5倍， 它具有高的强度密度比和高的刚度密度比。单晶硅的机械物理性能见表1。
表1 单晶硅的机械物理性能
单晶硅作为硅镜、超大规模集成电路主要基片材料，现代高技术产业领域 对单晶硅等材料的加工精度和表面质量要求愈来愈高。单晶硅抛光片的正面要 求无划道、无蚀坑、无区域沾污、无崩边、无裂缝、无凹坑、无沟、无小丘、 无刀痕等。按美国微电子技术协会(SIA)提出的技术要求，要求在25×40mm2 区域内的表面平整度小于0.07μm，表面粗糙度要求达到纳米级，表面不能产 生损伤和应力集中。单晶硅的加工效率、表面划痕损伤和破裂已经成为生产加 工中的突出问题，多达20～50％的单晶硅在抛光过程中需要进行适量返修，其 主要原因是：当表面粗糙度和波纹度达到纳米量级时，任何一个微小硬质颗粒 都可能对单晶硅工件表面造成损伤，从而导致大量工件的返修甚至报废。
单晶硅是一种典型的硬脆材料。硅镜需要在其端面加工直线三角形、方孔、 椭圆孔、曲线三角形等异形盲孔，并要求实现单晶硅异形盲孔无损伤、无崩边、 无裂缝、无凹坑、超平滑的超精密加工。
硬脆材料异形盲孔超声加工时，必须使用和加工零件异形盲孔形状、尺寸 完全一致的异形工具，并连续加注水和磨料的均匀混合物进行冲击成型加工。 异形盲孔形状各异、方位分布不一致。
2.淬硬缸体精密加工与超精密加工
目前，全世界有内燃机10亿台左右，内燃机缸体、缸套工作表面微结构激 光成型与激光淬火是发展趋势，但激光淬火后硬度很高，变形较大，很难进行 精密加工与超精密加工。
3.ZrO光纤联接器精密加工
随着光纤技术的发展和广泛应用，ZrO光纤联接器需求量数以亿计，但ZrO光纤联接器要求极高(尺寸精度0.001～0.003mm)，且属于典型的硬脆材料。
传统的超声加工方法虽能进行硬脆材料加工，但有下述缺陷：
(1)工具寿命短；
(2)加工精度较低，只有0.05～0.08mm。
(3)工具施加在工件上的力较大，导致工件在加工过程中内应力增大，容 易出现异常破裂。
(4)工件筋的厚度要增大至4～5mm，无法达到工件最大轻量化的要求；
(5)加工效率低。
(6)加工成本高。
发明内容
重叠振动复合磨料加工方法：在硬脆材科加工过程中同时沿电镀金刚石工 具轴向施加低频振动和超声振动，使低频振动和超声振动叠加在一起，并且给 工具施加一轴向压力p，以水为介质将电镀金刚石和游离磨料同时引入加工区进 行加工。
所述的低频振动频率F＝20～200Hz，振幅A＝100～200μm。超声振动频率 f＝15000～30000Hz，振幅a＝15～50μm。
重叠振动复合磨料加工装置具有相连接的压电换能器、第一螺钉、变幅杆、 第三螺钉、电镀金刚石工具，变幅杆通过自身节点处的法兰盘、第二螺钉与压 电换能器罩相接，电镀金刚石工具下方设有工作台和低频振动器，工作台上设 有夹具。
所述低频振动器的低频振动频率F＝20～200Hz，振幅A＝100～200μm。
压电换能器的超声振动频率f＝15000～30000Hz，振幅a＝15～50μm。
本发明具有下述优点：
1)进一步减少加工力(只有传统超声加工力的1/6～1/8)和工件内应力；
2)排屑通畅；
3)工具中心内设通孔，便于水和游离磨料加注；
4)使用超声电镀方法将工具端面和侧面电镀分布均匀、结合力高的高强度 金刚石；将电镀金刚石和B4C游离磨料(以水为介质)复合在一起，用于重叠振 动加工中，既有金刚石大颗粒(60#～80#)固着磨料的超声加工作用，又有B4C游离磨料的冲击加工作用(水为介质)，使得超声加工效率提高3～4倍，工具 耐磨性提高5～6倍。
5)加工精度提高至0.001～0.003mm；
6)工件不会破碎，完整性好；
7)由9个异形工具组合成一体的复合型电镀金刚石工具和回转工作台及控制 系统可保证工件具有不同方位的异形盲孔的尺寸精度、形状精度和位置精度。
8)加工成本低；
9)使用力传感器构成数控恒力进给系统，采用优化方法确定最佳压力，有 效的保证声学系统在长期工作中合理匹配声阻抗和谐振频率，保证在工件异形 盲孔加工长时间加工过程中不会使工件破碎。
附图说明
图1是重叠振动复合磨料加工方法示意图；
图2是重叠振动复合磨料加工装置结构示意图；
图中：压电换能器罩1、压电换能器2、第一螺钉3、变幅杆4、第二螺钉5、 第三螺钉6、电镀金刚石工具7、工件8、夹具9、工作台10、低频振动器11。
具体实施方式
重叠振动复合磨料加工装置具有相连接的压电换能器2、第一螺钉3、变幅 杆4、第三螺钉6、电镀金刚石工具7，变幅杆4通过自身节点处的法兰盘、第二 螺钉5与压电换能器罩1相接，电镀金刚石工具7下方设有工作台10和低频振动器 11，工作台10上设有夹具9。
实施例：
(1)使用重叠振动复合磨料加工方法加工时，被加工硬脆材料不易破碎。 振动参数为：
低频振动频率F＝20～200Hz，振幅A＝200～300μm；
超声振动频率f＝15000～30000Hz，振幅a＝15～50μm。
(2)工具磨耗比200∶1。
(3)游离磨料粒度：180#～280#；金刚石磨料粒度：120#～180#。
(4)加工精度：0.001～0.003mm。
(5)表面粗糙度Ra0.2μm。
(6)加工效率：0.5～0.8mm/min。
在重叠振动复合磨料加工过程中，以水为介质，将B4C磨料均匀地分散在水 中，将低频振动和超声振动同时施加在电镀金刚石工具上进行高效精密加工。 超声加工声学系统由超声波发生器、压电换能器、变幅杆和电镀金刚石工具组 成。超声波发生器将220V、50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号，压电换能 器将超声频电振荡信号转换为纵向超声波振动，变幅杆将压电换能器的纵向振 动放大后传给电镀金刚石工具。在超声加工过程中，沿超声加工声学系统纵向 施加一定的压力。在超声波的作用下，B4C磨料无数次对硬脆材料进行冲击，不 断地对硬脆材料进行刻蚀加工。
在超声波加工的同时，由于引入了低频振动，使得排屑通畅，加工效率进 一步提高，工件内应力显著降低，使工件不易破裂。由于工具端面和侧面镀有 金刚石，既可以保证工具的高耐磨性，又可使金刚石大颗粒固着磨料对硅材料 的刻蚀作用大大加强，可大幅度提高超声加工效率。
由于重叠振动是施加在复合磨料和水介质上，不会使工件破裂。相反，依 靠重叠振动实现复合磨料的冲击加工，可提高加工效率和工具寿命，避免工件 破裂，保证工件的完整性和加工质量。
为了避免工作台锈蚀，工作台宜采用防腐材料。
重叠振动复合磨料加工方法是一种仿形加工方法，重叠振动复合磨料加工 工具的形状与工件异形盲孔的形状完全一致。通过重叠振动复合磨料加工方法， 工具的形状完全复映在工件母体上。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 磁性磨料光整加工机 | 2020-05-11 | 948 |
| 固结磨料线锯用水溶性加工液 | 2020-05-12 | 588 |
| 一种氧化硅抛光磨料的加工工艺 | 2020-05-13 | 819 |
| 一种石膏板生产加工用磨料系统 | 2020-05-14 | 483 |
| 一种磨料流加工的夹持装置 | 2020-05-14 | 173 |
| 一种固结磨料超声加工装置及方法 | 2020-05-14 | 15 |
| 一种铝合金磨料及其加工工艺 | 2020-05-15 | 113 |
| 一种加工磁性磨料生产线及使用方法 | 2020-05-12 | 511 |
| 磨料喷水加工装置 | 2020-05-11 | 255 |
| 磨料砂轮外圆加工装置及加工方法 | 2020-05-11 | 993 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
