[发明专利]一种石英半球谐振子加工工装及方法

权利要求书

1.一种石英半球谐振子加工工装，用于石英半球谐振子的磨削加工，所加工的石英半球谐振子结构分为上半部分和下半部分，上半部分包括内球面(3)、内圆角(4)、上支撑杆(5)和唇缘(6)，下半部分包括外球面(7)、外圆角(8)和下支撑杆(9)；其特征在于，所述的石英半球谐振子加工工装包括外凸半球砂轮(1)和内凹半球砂轮(2)；外凸半球砂轮(1)分为外凸半球粗磨砂轮、外凸半球半精磨砂轮和外凸半球精磨砂轮；内凹半球砂轮(2)分为内凹半球粗磨砂轮、内凹半球半精磨砂轮和内凹半球精磨砂轮；

所述的外凸半球砂轮(1)包括半球体Ⅰ(101)、连接段(102)和轴柄Ⅰ(103)，通过连接段(102)将半球体Ⅰ(101)和轴柄Ⅰ(103)连接为一体，三者同轴；其中，半球体Ⅰ(101)为外凸半球体；半球体Ⅰ(101)的回转轴线与轴柄Ⅰ(103)的回转轴线重合，连接段(102)直径比半球体Ⅰ(101)的直径大2～4mm，连接段(102)用于唇缘(6)的加工，连接段(102)与半球体Ⅰ(101)相连接的端面为下端面；半球体Ⅰ(101)顶端沿轴线方向设有阶梯沉孔Ⅰ(104)，阶梯沉孔Ⅰ(104)与轴柄Ⅰ(103)同轴；半球体Ⅰ(101)的外表面、连接段(102)的下端面和阶梯沉孔Ⅰ(104)的内表面加工有交叉的凹槽Ⅰ(105)；半球体Ⅰ(101)的外表面、连接段(102)的下端面和阶梯沉孔Ⅰ(104)的内表面镀覆一层金刚石磨料；镀覆金刚石磨料后，半球体Ⅰ(101)和阶梯沉孔Ⅰ(104)形成的面形与内球面(3)、内圆角(4)和上支撑杆(5)形成的面形一致，阶梯沉孔Ⅰ(104)的深度与上支撑杆(5)的高度相同；

所述的内凹半球砂轮(2)包括半球体Ⅱ(201)和轴柄Ⅱ(202)，二者同轴；其中，半球体Ⅱ(201)为内凹半球体；半球体Ⅱ(201)底端沿轴线方向设有阶梯沉孔Ⅱ(203)，阶梯沉孔Ⅱ(203)与轴柄Ⅱ(202)同轴；半球体Ⅱ(201)的内表面和阶梯沉孔Ⅱ(203)的内表面加工有凹槽Ⅱ(204)；内凹半球砂轮(2)的顶部端面、半球体Ⅱ(201)的内表面和阶梯沉孔Ⅱ(203)的内表面镀覆一层金刚石磨料；镀覆金刚石磨料后，半球体Ⅱ(201)和阶梯沉孔Ⅱ(203)形成的面形与外球面(7)、外圆角(8)和下支撑杆(9)形成的面形相同，阶梯沉孔Ⅱ(203)的深度与下支撑杆(9)的高度相同。

2.根据权利要求1所述的一种石英半球谐振子加工工装，其特征在于，对于外凸半球砂轮(1)，外凸半球粗磨砂轮、外凸半球半精磨砂轮和外凸半球精磨砂轮三者表面的金刚石磨料的磨料粒度分别为#800～#1500、#2000～#3000和#4000～#5000，结合剂为黄铜；外凸半球粗磨砂轮的半球体I(101)的半径小于内球面(3)的半径，外凸半球粗磨砂轮的阶梯沉孔Ⅰ(104)的半径大于上支撑杆(5)的半径；外凸半球半精磨砂轮的半球体I(101)的半径小于内球面(3)的半径，外凸半球半精磨砂轮的阶梯沉孔Ⅰ(104)的半径大于上支撑杆(5)的半径；外凸半球精磨砂轮的I(101)的半径和阶梯沉孔Ⅰ(104)的半径分别与内球面(3)的半径和上支撑杆(5)的半径相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种石英半球谐振子加工工装，其特征在于，对于内凹半球砂轮(2)，内凹半球粗磨砂轮、内凹半球半精磨砂轮和内凹半球精磨砂轮三者表面的磨料粒度分别为#800～#1500、#2000～#3000和#4000～#5000，结合剂为黄铜；内凹半球粗磨砂轮的半球体Ⅱ(201)的半径大于外球面(7)的半径，内凹半球粗磨砂轮的阶梯沉孔Ⅱ(203)的半径大于下支撑杆(9)的半径，内凹半球半精磨砂轮的半球体Ⅱ(201)的半径大于外球面(7)的半径，内凹半球半精磨砂轮的阶梯沉孔Ⅱ(203)的半径大于下支撑杆7的半径，内凹半球精磨砂轮半球体Ⅱ(201)的半径和阶梯沉孔Ⅱ(203)的半径分别与外球面(7)的半径和下支撑杆(9)的半径相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种石英半球谐振子加工工装，其特征在于，外凸半球砂轮(1)和内凹半球砂轮(2)的坯体材料为中碳钢。

5.根据权利要求3所述的一种石英半球谐振子加工工装，其特征在于，外凸半球砂轮(1)和内凹半球砂轮(2)的坯体材料为中碳钢。

6.一种石英半球谐振子加工方法，采用权利要求1-5所述的工装，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)工件选用石英棒料，将工件装夹在立式数控磨床的三爪卡盘上，卡盘夹持表面涂有树脂，工件回转轴线与机床主轴回转轴线重合；

步骤2)采用电镀金刚石磨头磨削工件的上端面，形成光整表面，作为磨削石英半球谐振子上半部分的基准面；

步骤3)采用外凸半球粗磨砂轮、外凸半球半精磨砂轮和外凸半球精磨砂轮依次粗磨、半精磨和精磨加工石英半球谐振子上半部分，砂轮转速为2500～3500rpm；粗磨时，工件转速为200～250rpm，砂轮进给速度为0.4～0.8mm/min；半精磨时，工件转速为120～160rpm，砂轮进给速度为80～150μm/min；精磨时，工件转速为60～100rpm，砂轮进给速度为5～20μm/min；

步骤4)石英半球谐振子上半部分加工完成后，保持工件与外凸半球精磨砂轮同轴贴合并固定不动，向凹槽Ⅰ(105)内灌注热熔胶，确保工件与外凸半球精磨砂轮之间完全固定在一起形成粘结组件后，放松三爪卡盘，重新夹持轴柄Ⅰ(103)，调整粘结组件的回转轴线与机床主轴回转轴线重合；

步骤5)采用电镀金刚石磨头磨削石英棒的下端面，形成光整表面，作为磨削石英半球谐振子下半部分的基准面；

步骤6)采用内凹半球粗磨砂轮、内凹半球半精磨砂轮和内凹半球精磨砂轮依次粗磨、半精磨和精磨加工石英半球谐振子下半部分，加工工艺参数与加工石英半球谐振子上半部分的工艺参数相同；

步骤7)加工过程中，喷射冷却液并加入超声振动于外凸半球砂轮(1)和内凹半球砂轮(2)上，其中，超声频率为16～25kHz，振幅为100～200nm；冷却液成分包括氧化铈磨料、去离子水和双氧水，其中氧化铈磨料浓度为5～10wt％，双氧水浓度为3～7wt％，其余去离子水；

步骤8)石英半球谐振子下半部分加工完成后，将粘结组件从机床上取下，并加热粘结组件至工件与外凸半球精磨砂轮脱离，石英半球谐振子加工完成。