[发明专利]微超声阵列球体发射仿形恒力研抛方法

说明书

本发明公开了微超声阵列球体发射仿形恒力研抛方法，其工具头的端面上加工微半球凹模阵列，工具头下端与球模导向板相连接，单个凹模的直径大于或等于发射球体直径，在工件放置台装有实时监控的恒力装置，球体做研抛模与工件之间的Z轴方向的运功或者沿着自身球心转动；在研抛模与工件表面之间充满研抛液，研抛模在导向板上表面做高频微细超声振动，超声振动激发球提与磨粒高速冲击工件表面，形成微半球凹坑。本发明通过微超声研抛模的振动，激发球体与研抛液中纳米级磨粒对碳化硅工件表面的高频冲击，以实现对材料的去除。极大地提高微半球凹模阵列的加工效率，并通过气泡调控的方式，保证了凹模的形状一致性。

技术领域

本发明涉及超精密加工领域，尤其涉及微超声阵列球体发射仿形恒力研抛方法。

背景技术

半球谐振陀螺是一种新型的惯性传感器，具有精度高、稳定性强、可靠性高以及寿命长的特点，并且具有很好的抗冲击振动的能力以及很好的温度性能，已经在航空，兵器等领域开始有运用。但是这种陀螺仪的球壳加工精度低，主要原因在于用于制造该陀螺仪球壳的母体——半球凹模阵列的加工精度差。该凹模材料硬度大，尺寸小，加工较为困难。现有对该凹模的加工方法，如微细削加工、微细超声分层加工、微细电火花加工等方式，但是这些已报道的加工方式尚无法满足对碳化硅微半球凹模的加工精度与加工效率的要求。主要原因在于：(1)微细削加工微半球凹模时，在材料脆性去除的过程中会出现微半球底部或者顶部崩裂、表面及亚表面损伤的情况，无法满足加工精度的要求。加工效率以及成品率都无法得到保证。(2)微细超声分层加工，因为细微工具会出现磨损，并且该磨损无法预计与控制，因此难以规划分层进给路径，导致微半球形状精度差，加工效率低。(3)微细电火花加工微半球凹模阵列，放点空间小，因此需要加工设备的精度很高，而形状精度极高的电极加工困难，并且在加工过程中磨损很快，加工出来的微半球凹模表面质量差，形状精度低。至今尚未见报道研制出符合加工精度与质量要求的微半球凹模阵列。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了控温控压研抛微半球凹模阵列的加工方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

微超声阵列球体发射仿形恒力研抛方法，包括如下步骤：

S1、制作微超声研抛模：所述研抛模包括工具连杆、恒力装置、球模导向板、球体，工具连杆包括上端变幅杆与下端工具头，变幅杆的上端与细微超声振动装置相连接，所述工具连杆的下端工具头的端面上加工有数量为a×b微半球凹模阵列，工具头下端与球模导向板相连接，单个凹模的直径大于或等于发射球体直径，在工件放置台装有实时监控的恒力装置，以恰好能够嵌入半个精密球体为佳，精密球体的直径范围为100微米至5毫米(根据实际所需半球凹模大小情况而定)；为提高工件上凹模尺寸的精度，以确保小球冲击的力保持一致。本发明的研抛效果：效率高，形状精度高，形状一致性高，表面质量高；

S2、导向板上有n×m的阵列孔，孔数大于研抛模的凹模数，孔径大于球体直径，球体水平方向的运动被所述导向板限制，球体做研抛模与工件之间的Z轴方向的运功或者沿着自身球心转动；导向板厚度约为精密小球直径的四分之一。

S3、在研抛模与工件表面之间充满研抛液，研抛液中的磨粒为纳米级复合颗粒，研抛模在导向板上表面的上方0至几毫米的距离内做高频微细超声振动，超声振动激发球提与磨粒高速冲击工件表面，形成微半球凹坑；

进一步的，所述球模导向板的固定方法如下：

导向板通过亲脂疏水类粘结剂的固定在工件上，通过粘结剂的厚度来确定导向板与工件之间的距离。精密小球与导向板的小孔一一对应。工具头端面与导向板不接触，并且工具端的面积小于导向板的面积。当要分离导向板与工件时，只需将导向板与工件用汽油冲洗再风干即可。

进一步的，研抛液通过5％光亮剂、5％磨粒、5％稳定剂与分散剂，1％凡士林、84％煤油配置，研抛液中的磨粒为基于纳米粒子的复合磨粒。添加凡士林为提高研抛液粘度。