[发明专利]一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置及研抛方法

说明书

本发明公开了一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置及研抛方法，本发明通过X轴平移运动台、Z轴平移运动台、C轴工件转台和压电陶瓷C配合，实现平面螺旋加工轨迹，压电陶瓷C的微运动可以精确控制刀具的位置，实现复杂面形工件的微纳形貌追踪；通过压电陶瓷A、B的配合，刀具可以实现替代主轴功能，形成无主轴圆周旋转轨迹，并且可以在延性域加工工件，避免脆性断裂，提高面形质量。

技术领域

本发明属于超精密研抛领域，尤其涉及一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置及研抛方法。

背景技术

硬脆材料因其独特的性能而广受青睐，但是因为加工硬脆材料的难度大，并且伴随着光学、微电子等领域的发展，人们对硬脆材料的复杂面形微纳结构的需要日益增高，如何加工微纳结构硬脆材料成为了加工行业的当务之急；

学者提出一系列的改进加工硬脆材料的方法，例如Peng等人采用21.9kHz超声振动辅助加工，晶粒和工件之间的椭圆振动消除了加工表面上的峰，降低了表面粗糙度；Wang等人提出了旋转超声加工方法，并验证了振动的引入可以提高加工质量；但是这些方法都需要快速旋转的主轴，主轴会增加机构的复杂程度和负重，提升整体控制难度，因此开发一个不使用高速主轴的系统十分有意义；

为此，提出一种硬脆复杂结构无主轴多级伺服研抛方法：通过X轴平移运动台、Z轴平移运动台、C轴工件转台和压电陶瓷C配合，实现平面螺旋加工轨迹，压电陶瓷C的微运动可以精确控制刀具的位置，实现复杂面形工件的微纳形貌追踪；通过压电陶瓷A、B的配合，刀具可以实现替代主轴功能，形成无主轴圆周旋转轨迹，并且可以在延性域加工工件，避免脆性断裂，提高面形质量；

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置及研抛方法。

通过X轴平移运动台、Z轴平移运动台、C轴工件转台和压电陶瓷C配合，实现平面螺旋加工轨迹，压电陶瓷C的微运动精确控制刀具的位置，实现复杂面形工件的微纳形貌追踪；通过压电陶瓷A、B的配合，刀具可以实现替代主轴功能，形成无主轴圆周旋转轨迹，并且可以在延性域加工工件，避免脆性断裂，提高面形质量；

为达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置，包括无主轴刀具机构、真空吸附盘、工件转台、X轴平移运动台、机架、Z轴平移运动台、底部适配器、高度调节器、转接板和高度微调件构成；

无主轴刀具机构安装在高度微调件上，高度微调件安装在转接板上，转接板安装在高度调节器上，高度调节器安装在底部适配器上，底部适配器安装在Z轴平移运动台上、Z轴平移运动台安装在机架上；真空吸附盘安装在工件转台上，工件转台通过支架安装在X轴运动平台上，X轴运动平台安装在机架上；

所述的无主轴刀具机构包括刀头、刀头固定架、压电陶瓷A、压电陶瓷B、垫片、刀架、柔性铰链、末端执行器、压电陶瓷C、内轴、端盖和位移传感器；

刀头安装在刀头固定架上，刀头固定架固定设置在压电陶瓷A上，压电陶瓷A固定设置在压电陶瓷B上，压电陶瓷B固定设置在垫片上，垫片固定安装在刀架上，刀架与末端执行器固定连接，所述的末端执行器实心钢块一体化加工而成，包括左右两边的固定架、柔性铰链和执行块；末端执行器通过柔性铰链与固定架连接，所述的压电陶瓷C为中空圆柱体，压电陶瓷C内设有中空内轴，内轴的外径与压电陶瓷C内径相等，内轴的一端与末端执行器之间设有位移传感器，内轴另一端设有端盖，端盖固定设置在固定架上。

一种硬脆复杂结构无主轴多极伺服研抛装置的研抛方法，该方法具体为：