一种圆周驱动超声振动辅助抛光工具的制作方法

本发明涉及超声辅助加工领域，尤其涉及一种圆周驱动超声振动辅助抛光工具。

背景技术：

现有超声振动辅助技术以一维和二维为主，并广泛应用在车削、铣削和钻削领域。现有的二维振动辅助加工应用在车削和钻削上。在抛光领域上还未有空间多维超声振动的辅助技术，现有的振动辅助抛光技术大都是一维轴向振动，且少有超声频率下的振动辅助抛光。个别二维超声振动辅助抛光技术的第一维振动大都为刀具的轴向振动，第二维为工件的平面纵向振动，而且现有的多维振动大都是在刀具上添加一个维度的振动，将剩下的维度的振动添加在工件上，需要在加工设备上设置多个超声振动装置，成本较高。此外，现有光学元件传统抛光方式存在加工效率较低、加工精度难以保证的问题，因此亟需一种圆周驱动超声振动辅助抛光工具来将超声振动刀柄一维振动转变为空间多维振动，从而提高传统抛光的效率和加工精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种圆周驱动超声振动辅助抛光工具，以提高抛光效率和精度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种圆周驱动超声振动辅助抛光工具，包括超声振动刀柄、振动套筒、弹簧阻尼杆和抛光模块；振动套筒安装于超声振动刀柄的末端，振动套筒的底部设有抛光模块，且抛光模块与振动套筒的底部端面留有间距，弹簧阻尼杆的一端与振动套筒连接，弹簧阻尼杆的另一端与抛光模块连接。

所述弹簧阻尼杆包括上连接螺杆、下连接杆、弹簧、套筒和压紧螺母；上连接螺杆与振动套筒连接，下连接杆固定在抛光模块上；弹簧套在下连接杆的上端，上连接螺杆的下端与下连接杆的上端以孔轴配合形式以保证弹簧阻尼杆的导向；套筒设于上连接螺杆、下连接杆和弹簧组成的组件外周；压紧螺母设于套筒与上连接螺杆之间，以调节弹簧的预压缩量。

所述上连接螺杆的下端设有轴孔及顶抵弹簧一端的凸起部，下连接杆的上端设有插接于轴孔的轴芯，下连接杆的下端设有与抛光模块连接的固定部，轴芯与固定部之间设有顶抵弹簧另一端的顶抵部；所述弹簧套于轴芯上。

所述上连接螺杆的上端用调节螺母固定于振动套筒上。

所述抛光模块包括抛光基板和抛光垫，抛光垫贴于抛光基板的底面，且抛光基板与振动套筒的底部端面留有间距，抛光基板圆周分布铰链基座与弹簧阻尼杆连接。所述抛光基板和抛光垫均为环状结构。

所述振动套筒的中部设有空腔，空腔外周设有与弹簧阻尼杆连接的法兰盘，空腔底部设有与超声振动刀柄连接的柱柄，超声振动刀柄的末端穿过空腔与振动套筒的柱柄连接。

所述弹簧阻尼杆的个数为多个，且弹簧阻尼杆均布于振动套筒与抛光模块之间。本发明中，所述弹簧阻尼杆的个数为5。不同刚度的弹簧阻尼杆在抛光基板圆周上施加不同的下压力，使抛光基板产生形变进而带动抛光垫产生空间多维的运动。

本发明利用振动套筒上端的法兰盘固定五根弹簧阻尼杆来传递超声振动位移，振动套筒的内部柱柄锁紧于超声振动刀柄的末端，振动套筒底部不与抛光基板接触；弹簧阻尼杆数量可根据需要设置。

超声振动辅助加工是在加工工具或被加工材料上施加一定方向的超声波振动，利用其不同方向的周期性振动作用，可使加工工具的切削深度周期性改变，从而使加工力减小而材料去除率增大。有方向性的周期振动还可实现不同加工工具的切削轨迹互相干涉而产生重复研磨作用，可基于加工质量而进一步提高表面质量。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、本发明将超声振动刀柄输出的一维纵向变为空间多维振动，仅需一个超声振动源，节约了设备成本。

2、本发明可通过旋调压紧螺母改变弹簧的预压缩量，从而以机械形式改变输出振幅的大小以适应粗抛光和精抛光的不同振幅需求。

3、本发明利用振动来提高加工硬脆材料工件的效率和表面精度，适合加工各种硬脆材料，将其应用于光学元件的抛光上，很大程度提高了光学元件的表面精度和材料去除效率。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的分解结构示意图；

图3为振动套筒的立体结构示意图；

图4为弹簧阻尼杆的剖面结构示意图；

图5为抛光基板变形图。

附图说明：1超声振动刀柄，2调节螺母，3振动套筒，4上连接螺杆，5压紧螺母，6套筒，7弹簧，8下连接杆，9销钉，10抛光基板，11抛光垫，12法兰盘，13柱柄，14半圆止口，15法兰圆孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1～3所示，本发明包括超声振动刀柄1、振动套筒3、弹簧阻尼杆和抛光模块。

如图3所示，所述振动套筒3的中部设有空腔，空腔外周设有与弹簧阻尼杆连接的法兰盘12，空腔底部设有与超声振动刀柄1连接的柱柄13，超声振动刀柄1的末端穿过空腔与振动套筒3的柱柄13连接。

所述法兰盘12上均布设有固定振动套筒3的法兰圆孔15和半圆止口14，半圆止口14与法兰圆孔15相对应。

如图1～2所示，所述振动套筒3的底部设有抛光模块，所述抛光模块包括抛光基板10和抛光垫11，抛光垫11贴于抛光基板10的底面，且抛光基板10与振动套筒3的底部端面留有间距，抛光基板10圆周分布铰链基座与弹簧阻尼杆连接。所述抛光基板10和抛光垫11均为环状结构。

如图2和图4所示，所述弹簧阻尼杆包括上连接螺杆4、下连接杆8、弹簧7、套筒6和压紧螺母5。

所述上连接螺杆4的上端穿过法兰圆孔15和半圆止口14与法兰盘12通过调节螺母2连接，上连接螺杆4的下端与下连接杆8的上端以孔轴配合形式以保证弹簧阻尼杆的导向，下连接杆8的下端与抛光基板10固定；弹簧7套在下连接杆8的上端；套筒6设于上连接螺杆4、下连接杆8和弹簧7组成的组件外周；压紧螺母5设于套筒6与上连接螺杆4之间，以调节弹簧7的预压缩量。

具体地，所述上连接螺杆4的下端设有轴孔及顶抵弹簧7一端的凸起部，下连接杆8的上端设有插接于上连接螺杆4轴孔的轴芯，下连接杆8的下端设有与抛光基板10连接的固定部，轴芯与固定部之间设有顶抵弹簧7另一端的顶抵部；所述弹簧7套于轴芯上；下连接杆8的固定部用销钉9与抛光基板10上的铰链基座连接；旋调调节螺母2可以使弹簧阻尼杆中的上连接螺杆4上下移动，从而调节弹簧阻尼杆的长度。

弹簧阻尼杆的个数为多个，且弹簧阻尼杆均布于振动套筒3与抛光模块之间。本发明中，所述弹簧阻尼杆的个数为5。不同刚度的弹簧阻尼杆在抛光基板10圆周上施加不同的下压力，使抛光基板10产生形变进而带动抛光垫11产生空间多维的运动。

本发明在现有的一维超声振动刀柄1上安装振动套筒3、弹簧阻尼杆、抛光基板10和抛光垫11，超声振动刀柄1通过振动套筒3圆周来传递振动至抛光基板10，振动套筒3与抛光基板10留有一定间距，使原来的一维超声振动加工转变为空间多维超声振动，并且可以通过旋调压紧螺母5调整弹簧7的预压缩量，从而以机械的方式调整超声振动的振动幅值，以适应粗抛光和精抛光的不同振幅需求。

本发明一种圆周驱动超声振动辅助抛光工具的操作方法如下：

使用时应先将超声振动刀柄1安装在机床主轴上，并将超声振动刀柄1的电源配件装好；然后将振动套筒3安装在超声振动刀柄1的末端，把调节螺母2放置于振动套筒3上端法兰盘12的半圆止口14中，把弹簧阻尼杆的上连接螺杆4穿过法兰圆孔15，并和调节螺母2以螺纹锁紧形式配合。弹簧阻尼杆的下连接杆8与抛光基板10上的铰链基座相连。抛光光学元件时，根据粗抛或精抛的不同振幅需求，可以旋调弹簧阻尼杆的压紧螺母5进而调节弹簧7的预压缩量，从而最终调节抛光垫11的振幅。当调节好弹簧阻尼杆的预压缩量后进可以对超声振动刀柄1通电，并启动机床开始抛光作业。

根据一种圆周驱动超声振动辅助抛光工具结构模型，对抛光模块结构进行化简，并在圆周五点施加50n、45n、40n、35n、30n五个不同的抛光压力，即模拟超声振动刀柄输出的200n抛光压力经五根不同刚度的弹簧阻尼杆作用在圆周上的抛光压力。仿真出如图5抛光基板的变形轨迹，符合空间多维振动的轨迹特征。