[发明专利]一种二维超声振动抛光加工装置及方法

权利要求书

1.一种二维超声振动抛光加工装置，工件夹具通过螺钉固定到机床x轴上，机床x轴、机床y轴、机床z轴与机床主体通过调试后固定连接，其特征在于：二维超声振动抛光工具通过螺钉紧固到机床z轴上；所述二维超声振动抛光工具的结构是：两个振子固定法兰座与振子固定法兰盖分别与x向超声振子和y向超声振子通过螺纹连接，两个振子固定法兰座垂直布置在工具系统支承座上且通过螺钉连接，从而将x向超声振子和y向超声振子垂直定位在同一平面内，x向超声振子和y向超声振子分别通过双头螺柱连接到铰链接头上，工具杆与抛光头粘接后安装在铰链接头的定位孔上，并通过工具抱紧螺钉夹紧。

2.根据权利要求1所述的一种二维超声振动抛光加工装置，其特征在于：所述x向超声振子和y向超声振子结构相同，均为阶梯型，振子联接法兰分别在x向超声振子和y向超声振子的振动节点位置，且两法兰直径和厚度相同，装配时法兰盖从里侧向外压紧。

3.根据权利要求1所述的一种二维超声振动抛光加工装置，其特征在于：所述工具系统支承座通过螺纹固定有加强筋。

4.根据权利要求1所述的一种二维超声振动抛光加工装置，其特征在于：所述双头螺柱两端均为右螺旋螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种二维超声振动抛光加工装置，其特征在于：所述铰链接头由两个垂直并联的柔性铰链、两个双头螺柱连接孔、工具杆安装孔、工具杆夹紧孔组成。

6.一种二维超声振动抛光方法，其特征在于包括下列步骤：

一、将工件固定在工件夹具上，工件夹具随着机床x轴和机床y轴运动，二维超声振动抛光工具提供抛光头的抛光主运动，通过机床z轴进给，抛光头与工件接触；

二、智能数控超声发生器激励x向超声振子和y向超声振子同一平面内相互垂直的纵向振动，发生器为双路输出，发出超声信号频率为f₁、f₂，也分别为抛光头x向和y向振动频率，相位差为θ；x向超声振子和y向超声振子分别在x向和y向的纵向振动在工具杆处耦合二维振动，形成抛光头在抛光加工切平面内瞬时随机运动轨迹，运动公式为：

x＝asin(2πf₁t)

y＝bsin(2πf₂t+θ)

其中x为抛光头x方向位移函数，y为抛光头y向位移函数，a、b为实验标定所得 抛光头x向、y向振幅，t为时间变量，π为圆周率常数；

三、当抛光头在x向、y向具有同一振幅和频率、相位差为π/2时，抛光头的运动速度公式如下：

x＝asin(2πft)，y＝acos(2πft)，v_x＝2πfacos(2πft)，v_y＝-2πfasin(2πft)，

|v|＝2πfa，

其中，a为抛光头x向和y向振幅，f为抛光头振动频率，t为时间变量，x，y为抛光头x、y向位移，v_x、v_y为对应速度，|v|为抛光头合速度，此时抛光头线速度大小为与时间无关的常数，则单位时间d_t抛光去除深度Δδ为：

Δδ＝kpvd_t，其中k为Preston系数，v为抛光头与工件相对速度，p为抛光正压力，t为抛光时间，因f单位为kHz，故振动合成抛光头线速度远远大于通过机床运动所致线速度，则v为抛光头振动合成线速度值|v|，则Δδ＝kpvd_t＝kp|v|d_t＝2kpπfad_t，去除深度δ为：δ＝Δδgt＝2kpπfat，

四、精抛：当抛光头振动频率比为0.909，振幅相同，相位差为π/2时，即：f₁/f₂＝0.909,a＝b,θ＝π/2。