[发明专利]近场超声空化复合流体剪切的微细齿轮光整加工装置及加工方法

说明书

本发明属于精密和超精密加工领域，特别涉及到一种近场超声空化复合流体剪切的微细齿轮光整加工装置及加工方法。包括近场超声空化系统、流体剪切系统以及抛光液循环系统，近场超声空化系统包括超声波发生器、压电换能器、变幅杆、上托盘、下托盘和精密支架；所述超声波发生器与压电换能器通过导线连接，压电换能器与变幅杆通过双头螺柱连接，变幅杆上设置有用于与精密支架固定的法兰盘，变幅杆与上托盘通过螺栓连接，上托盘下方设置下托盘，下托盘上设置有微细齿轮，微细齿轮与夹具通过螺栓连接。本发明抛光液的空化气泡与固体磨粒颗粒能够有效清洁微细沟槽结构界面，从而实现微细齿轮的高效、精密、绿色和柔性的光整加工。

技术领域

本发明属于精密和超精密加工领域，特别涉及到一种近场超声空化复合流体剪切的微细齿轮光整加工装置及加工方法。

背景技术

随着产品日益向小型化、智能化以及微细化发展，微细结构零件的光整加工技术将成为微细零件制造的潜在发展方向。具有表面功能的微细沟槽结构零件如微细通道、微细肋条、微细槽孔、微细凹坑等，使得传统的精密及超精密加工方法很难达到理想的加工质量和加工效率。

微细齿轮是微细结构零件的典型代表。具有微细沟槽结构特征的微细齿轮是微型卫星和微型飞行器的陀螺仪、军用微型机器人和微机电系统等前沿科技产品主要的传动和动力部件。但是，微细齿轮的沟槽结构给其制造和加工工艺带来了很多不便，目前技术获得的微细齿轮加工精度较低，而且齿轮质量普遍不高。这就导致提升微细齿轮质量必需依靠最终的加工工艺——光整加工。

微细齿轮的外径一般间于0.1-10 mm，因此其沟槽结构在光整加工时容易成为薄弱环节。对微细沟槽结构进行光整加工，就需要将前一道工序留在结构表面上的各种缺陷，如表面凸凹不平、残缺棱边、飞边毛刺、磕碰划伤、微观裂纹等等去除，以保证沟槽结构的完整性。目前，微细结构元件主要借助传统光整加工方法如抛光法和去毛刺法提升其加工精度和降低表面粗糙度值，这些方法总体上大都靠经验进行操作，不仅耗时、工作强度大、而且加工效率和精度都偏低，更难以保证加工质量；虽然也有部分超声清洗和化学加工等非传统光整加工方法提出，但是应用较为局限。专利(ZL201410400983.8)公开了一种超声控制的剪切增稠抛光方法及装置，针对复杂曲面提出超声波控制的剪切增稠抛光方法，这种方法借助远场超声波增强了剪切流体中固体颗粒的把持力，但是远场超声波空化作用较为微弱，对固体颗粒冲击强化作用提升有限，故难以对微细沟槽结构的表面质量有较大范围的改进。

针对上述微细齿轮光整加工需求，需要对微细齿轮的光整加工方法进行改进，设计合理的微细齿轮光整加工工艺，实现微细齿轮的表面质量提升。

发明内容

本发明针对微细齿轮光整加工的特点，以便提升固体磨料颗粒研磨和抛光的能力，减少侧壁结构的残留毛刺，降低沟槽底面和侧壁结构的表面粗糙度，进而实现微细齿轮的光整加工，提供一种近场超声空化复合流体剪切的微细齿轮光整加工装置及加工方法。

本发明采取以下技术方案：一种近场超声空化复合流体剪切的微细齿轮光整加工装置，包括近场超声空化系统、流体剪切系统以及抛光液循环系统，近场超声空化系统包括超声波发生器、压电换能器、变幅杆、上托盘、下托盘和精密支架；所述超声波发生器与压电换能器通过导线连接，压电换能器与变幅杆通过双头螺柱连接，变幅杆上设置有用于与精密支架固定的法兰盘，变幅杆与上托盘通过螺栓连接，上托盘下方设置下托盘，下托盘上设置有微细齿轮，微细齿轮与夹具通过螺栓连接。

精密支架包括水平移动构件、竖直移动构件和移动托盘，所述水平移动构件一端开有用于固定变幅杆法兰盘的孔，水平移动构件的另一端与开有内直槽的竖直移动构件通过螺栓连接；竖直移动构件的末端与移动托盘通过螺栓连接；所述的动托盘用于支撑整个精密支架；竖直移动构件开有竖直刻度表；所述的移动托盘开有回转角度盘。