CN109848767A - 高精度四维超声抛光装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度四维超声抛光装置及其使用方法，该装置，包括：放置于水平工作面上的机座、用来与工件接触的超声抛光机构、抛光液喷洒雾化机构、用于移动抛光头的联动机构、双压电叠堆超声振动发生装置、抛光液回收机构、用来夹持工件和对工件产生二维椭圆超声振动的工件夹持机构；所述抛光液回收机构包括规则设置于所述机座上部的定位孔和同所述定位孔连通的废液收集孔。本发明所述的高精度四维超声抛光装置及其使用方法，提高了硬脆材料加工时的延性域加工比例，减少表面材料的脆性去除比例。同时解决磨粒聚集分布不均匀，造成表面损伤，过抛光与欠抛光的问题，并提高了工作效率。

Description

高精度四维超声抛光装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及硬脆材料、金属材料的高精度平面及复杂曲面的抛光加工领域，具体而言，尤其涉及一种高精度可调式四维超声抛光装置及其使用方法。

背景技术

在国家天文、军事、以及航天领域的重大型工程中，越来越多的需要高精密光学***元件，而对于光学元件的抛光加工，元件表面粗糙度直接影响其本身的质量和利用其生产的产品的质量、使用性能和寿命，因此，光学元件的表面粗糙度已经成为衡量元件产品质量的重要标志。

在多数情况之下，对硬脆材料与光学工件进行抛光时，对平面工件抛光比较简单，但是对曲面边缘抛光的情况很复杂，常常出现抛光液进不去，形成干磨得情况，或者是抛光液内的颗粒聚集，磨粒在工件上分布不均匀，造成磨粒划擦分布不均匀，或者引起表面损伤，这会很大程度上影响工件表面精度与使用寿命。

抛光加工一般是对工件加工的最后一步，但其加工效率低、加工时间长的特点一直困扰着抛光行业的发展。如何提高超声抛光效率，在缩短超声抛光时间的同时保证其表面质量一直是业界的一个热点。

发明内容

根据上述提出现有的接触式超声抛光加工一般都是在超声抛光头加上一维的超声振动，虽然在一定程度上提高了抛光加工的加工效率，改善了加工工件的表面形貌，但在加工如玻璃类等的硬脆材料时，有很大一部分领域内的应用要求不能达到的技术问题，而提供一种高精度四维超声抛光装置及其使用方法。本发明主要利用超声抛光机构、抛光液喷洒雾化机构、联动机构、双压电叠堆超声振动发生装置、抛光液回收机构和工件夹持机构，配合实现工件的各种类型抛光，从而进行快速定位、精准抛光、降低表面粗糙度，提高了工件表面的面形精度与加工效率，缓解了由于抛光液中磨粒聚集或分布不均匀所造成的表面损伤、局部过度抛光或欠抛光的问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种高精度四维超声抛光装置，包括：放置于水平工作面上的机座、用来与工件接触的超声抛光机构、抛光液喷洒雾化机构、用于移动抛光头的联动机构、双压电叠堆超声振动发生装置、抛光液回收机构、用来夹持工件和对工件产生二维椭圆超声振动的工件夹持机构。

所述抛光液回收机构包括规则设置于所述机座上部的定位孔和同所述定位孔连通的废液收集孔；所述工件夹持机构和双压电叠堆超声振动发生装置通过定位孔设置于所述机座上表面的中心位置；所述的机座的前端面设置有机械臂滑轨，用于向工件喷洒抛光液的所述抛光液喷洒雾化机构设置于所述机械臂滑轨上，并且使所述抛光液喷洒雾化机构能够在所述机械臂滑轨上移动。

所述联动机构包括x轴步进电机II、x轴丝杠II、x轴丝杠I和x轴步进电机I；所述x轴丝杠I和x轴丝杠II分别安装于所述机座的两侧壁上端，所述x轴丝杠I端部传动连接有x轴步进电机I，所述x轴丝杠II端部传动连接有x轴步进电机II；所述的x轴丝杠I和x轴丝杠II上分别安装有一个滑座，相同的两个所述滑座之间通过横梁连接，使滑座能够在x轴丝杠I和x轴丝杠II的轴线方向前后移动；并在两个所述滑座之间设置有y轴丝杠，所述的y轴丝杠端部传动连接有y轴步进电机；所述的y轴丝杠上安装有z轴移动装置，使z轴移动装置能够在y轴丝杠的轴线方向前后移动；所述z轴移动装置上设置有超声抛光机构，并且通过z轴移动装置能够驱动超声抛光机构在竖直方向上下移动。

进一步地，所述双压电叠堆超声振动发生装置包括底座、压电叠堆I、压电叠堆II、柔性机构I、步进电机、柔性机构II、装配孔和转盘；所述底座通过转盘安装于所述定位孔上，所述压电叠堆I和压电叠堆II安装于所述底座的两个槽道内，两个所述槽道的出口位置分别设置有柔性机构I和柔性机构II；所述柔性机构I和柔性机构II的外端通过安装座连接有步进电机，所述步进电机通过连接器同所述工件夹持机构连接固定，使步进电机旋转，进而带动所述工件夹持机构旋转，从而实现工件加工中不同的角度进行加工。

进一步地，所述工件夹持机构包括夹具底座、夹具夹爪、紧定螺钉、压紧螺杆、滑槽和装配孔；具有固定夹爪的所述夹具底座上加工有滑槽，并设置有所述压紧螺杆，夹具夹爪装配在滑槽和压紧螺杆上，并通过紧定螺钉实现夹具夹爪的定位固定；所述夹具底座端部具有用于连接步进电机的装配孔。

进一步地，当双压电叠堆超声振动机构收到一定相位差的激励型号时候，压电叠堆I与压电叠堆II会交错的产生振动，其运动合成到工件夹持机构上就会形成与基底面平行的二维椭圆振动，所述工件夹持机构带动工件作椭圆振动。

进一步地，所述滑座包括滑座支架、滑座法兰、y轴丝杠螺母、x轴丝杠螺母和x轴滑块；所述滑座法兰位于所述滑座支架的上端，内部设置有用于安装y轴丝杠的y轴丝杠螺母；所述x轴丝杠螺母和x轴滑块依次设置于所述滑座支架的下端。

进一步地，所述抛光液喷洒雾化机构包括三自由度机械臂和超声波紧密喷涂喷头，所述三自由度机械臂包括机械臂滑座、机械臂I、机械臂II和机械臂III；所述机械臂滑座安装于所述机械臂滑轨上，并能够在所述机械臂滑轨上移动；所述机械臂I底部和机械臂滑座上部的转动端连接，并且使所述机械臂I能够在转动端的带动下相对所述机械臂滑座转动；所述机械臂I上端铰接有机械臂II，所述的机械臂II上端铰接有机械臂III，所述的机械臂III前端安装有超声波紧密喷涂喷头。

进一步地，所述横梁的上端设置有y轴滑轨I，下端设置有y轴滑轨II；所述的z轴移动装置包括z轴移动装置底座、y轴滑轨滑块、y轴丝杠螺母、超声电主轴底座、z轴滑轨滑块、z轴滑轨和超声电主轴转盘；所述z轴移动装置底座上设置有用于装配于所述y轴滑轨I和y轴滑轨II上的y轴滑轨滑块，以及用于装配于所述y轴丝杠上的的y轴丝杠螺母；所述z轴移动装置底座上设置有z轴滑轨，所述超声电主轴底座通过z轴滑轨滑块安装于所述z轴滑轨上，所述超声电主轴底座通过超声电主轴转盘安装有超声抛光机构。

进一步地，所述的超声抛光机构包括超声电主轴、超声抛光头和用于固定的主轴抱座；所述超声电主轴通过主轴抱座安装于所述超声电主轴转盘上，所述超声抛光头安装于所述超声电主轴前端。

本发明还公开了一种高精度四维超声抛光装置的使用方法，包括以下步骤：

超声抛光机构作一维超声抛光，抛光液喷洒雾化机构作一维超声运动。

当抛光平面零件时，向双压电叠堆超声振动发生装置输送有相位差的信号，相连接的工件作二维椭圆振动，工件振动平面与超声抛光机构中超声电主轴的振动方向相互垂直，此时进行四维超声抛光。

当加工规则柱状曲面零件时，向双压电叠堆椭圆振动发生装置输送无相位差的信号，此时双压电叠堆超声振动发生装置作一维超声振动，此时进行是三维超声抛光。

当加工复杂曲面时，不向双压电叠堆椭圆振动发生装置输入信号，此时工件夹持机构与双压电叠堆椭圆振动发生装置视为普通夹具，作二维超声抛光。

在实际加工中，由于硬脆材料的脆性很大，加工过程中在抛光液中的磨粒作用很容易发生脆性断裂，与现有技术相比较，本发明所述的高精度四维超声抛光装置及其使用方法，提高了硬脆材料加工时的延性域加工比例，减少表面材料的脆性去除比例。同时解决磨粒聚集分布不均匀，造成表面损伤，过抛光与欠抛光的问题，并提高了工作效率，是一种可以对平面、柱型规则曲面、复杂曲面等工件表面形状进行快速识别，自动调整抛光维度以对应不同面形的超声抛光装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高精度四维超声抛光装置结构示意图。

图2为本发明工件夹持机构示意图。

图3为本发明双压电叠堆超声振动发生装置示意图。

图4为本发明横梁滑座结构示意图。

图5为本发明抛光液喷洒雾化机构结构示意图。

图6为本发明z轴移动装置结构示意图。

其中，1、x轴步进电机II，2、x轴丝杠II，

3、三自由度机械臂，301、机械臂滑座，302、机械臂I，303、机械臂II，304、机械臂III，

4、超声雾化喷头，5、y轴步进电机，

6、横梁，605、y轴滑轨I，606、y轴滑轨II，

7、y轴丝杠，8、z轴步进电机，9、超声电主轴，10、z轴移动装置，

11、滑座，1101、滑座法兰，1102、y轴丝杠螺母，1103、x轴丝杠螺母，1104、x轴滑块，

12、工件夹持机构，1201、夹具底座，1202、夹具夹爪，1203、紧定螺钉，1204、压紧螺杆，1205、滑槽，1206、装配孔，

13、x轴丝杠I，14、x轴步进电机I，15、废液收集孔，16、机械臂滑轨，17、定位孔，

18、双压电叠堆超声振动装置，1801、底座，1802、压电叠堆I，1803、压电叠堆II，1804、柔性机构I，1805、步进电机，1806、柔性机构II，1807、装配孔，1808、转盘，

19、机座，

1001、z轴移动装置底座，1002、y轴滑轨滑块，1003、y轴丝杠螺母，1004、超声电主轴底座，1005、z轴滑轨滑块，1006、z轴滑轨，1007、超声电主轴转盘。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种高精度四维超声抛光装置，包括：放置于水平工作面上的机座19、用来与工件接触的超声抛光机构、抛光液喷洒雾化机构、用于移动抛光头的联动机构、双压电叠堆超声振动发生装置18、抛光液回收机构、用来夹持工件和对工件产生二维椭圆超声振动的工件夹持机构12；所述抛光液回收机构包括规则设置于所述机座19上部的定位孔17和同所述定位孔17连通的废液收集孔15；所述工件夹持机构12和双压电叠堆超声振动发生装置18通过定位孔17设置于所述机座19上表面的中心位置。

设备机座19上表面的定位孔17既可以进行双压电叠堆超声振动机构18以及下方的转盘1808进行定位安装，还可收集从工件夹持机构12上喷洒下来的抛光液，收集的抛光液从定位孔17下斜面流向废液收集孔15进行废液收集，通过孔下有带有斜度的过液通道引入废液收集孔15，用来将液体集中收集。优选的，所述定位孔17为圆形孔。

所述的机座19的前端面设置有机械臂滑轨16，用于向工件喷洒抛光液的所述抛光液喷洒雾化机构设置于所述机械臂滑轨16上，并且使所述抛光液喷洒雾化机构能够在所述机械臂滑轨16上移动。

所述联动机构包括x轴步进电机II1、x轴丝杠II2、x轴丝杠I13和x轴步进电机I14；所述x轴丝杠I13和x轴丝杠II2分别安装于所述机座19的两侧壁上端，所述x轴丝杠I13端部传动连接有x轴步进电机I14，所述x轴丝杠II2端部传动连接有x轴步进电机II1；所述的x轴丝杠I13和x轴丝杠II2上分别安装有一个滑座11，相同的两个所述滑座11之间通过横梁6连接，使滑座11能够在x轴丝杠I13和x轴丝杠II2的轴线方向前后移动；并在两个所述滑座11之间设置有y轴丝杠7，所述的y轴丝杠7端部传动连接有y轴步进电机5；所述的y轴丝杠7上安装有z轴移动装置10，使z轴移动装置10能够在y轴丝杠7的轴线方向前后移动；所述z轴移动装置10上设置有超声抛光机构，并且通过z轴移动装置10能够驱动超声抛光机构在竖直方向上下移动。

如图3所示，所述双压电叠堆超声振动发生装置18包括底座1801、压电叠堆I1802、压电叠堆II1803、柔性机构I1804、步进电机1805、柔性机构II1806、装配孔1807和转盘1808；所述底座1801通过转盘1808安装于所述定位孔17上，所述压电叠堆I1802和压电叠堆II1803安装于所述底座1801的两个槽道内，两个所述槽道的出口位置分别设置有柔性机构I1804和柔性机构II1806；所述柔性机构I1804和柔性机构II1806的外端通过安装座连接有步进电机1805，使柔性机构I1804和柔性机构II1806与步进电机1805相互连接，所述步进电机1805通过连接器同所述工件夹持机构12连接固定，使步进电机1805旋转，进而带动所述工件夹持机构12旋转，旋转工件夹具，调整工件加工角度，从而实现工件加工中不同的角度进行加工。

此处步进电机1805用于驱动工件夹持机构12自转，底座1801设置于所述转盘1808上，优选的，该转盘1808能够在驱动装置的驱动下，在水平方向自转，以调节底座1801的设置角度，进而调节工件夹持机构12的角度。

如图2所示，所述工件夹持机构12包括夹具底座1201、夹具夹爪1202、紧定螺钉1203、压紧螺杆1204、滑槽1205和装配孔1206；具有固定夹爪的所述夹具底座1201上加工有滑槽1205，并设置有所述压紧螺杆1204，夹具夹爪1202装配在滑槽1205和压紧螺杆1204上，并通过紧定螺钉1203实现夹具夹爪1202的定位固定；所述夹具底座1201端部具有用于连接步进电机1805的装配孔1206。所述的工件夹持机构12为可拆卸式夹具。

当双压电叠堆超声振动机构18收到一定相位差的激励型号时候，压电叠堆I1802与压电叠堆II1803会交错的产生振动，其运动合成到工件夹持机构12上就会形成与基底面平行的二维椭圆振动，所述工件夹持机构12带动工件作椭圆振动。

当向所述双压电叠堆超声振动机构18输入无相位差的电信号可以实现与定位孔平面相互平行的一维超声振动，当不向双压电叠堆超声振动发生装置18输入电信号时，工件夹持机构12不做运动，可视为普通夹具。

如图4所示，所述滑座11包括滑座支架、滑座法兰1101、y轴丝杠螺母1102、x轴丝杠螺母1103和x轴滑块1104；所述滑座法兰1101位于所述滑座支架的上端，内部设置有用于安装y轴丝杠7的y轴丝杠螺母1102；所述x轴丝杠螺母1103和x轴滑块1104依次设置于所述滑座支架的下端。

所述滑座11通过x轴滑块1104安装在两侧的x轴丝杠上，通过x轴丝杠螺母1103装配连接，可以在步进电机的驱动下沿着x轴丝杠前后移动。横梁6、y轴步进轴电机5和y轴丝杠7安装于所述滑座11上，横梁6与y轴丝杠7都安装在两侧滑座法兰1101上，y轴丝杠7通过y轴丝杠螺母1102连接固定。所述有y轴步进轴电机5与y轴丝杠7可以随着滑座11在x轴丝杠上前后移动；所述z轴移动装置安装于所述y轴丝杠7和横梁6上。

所述x轴丝杠I13、x轴丝杠II2分布在装置左右两侧壁的两条棱边上，所述x轴丝杠I13、x轴丝杠II2上设置有相同的滑座法兰I、滑座法兰II。

如图5所示，所述抛光液喷洒雾化机构包括三自由度机械臂3和超声波紧密喷涂喷头4，所述三自由度机械臂3包括机械臂滑座301、机械臂I302、机械臂II303和机械臂III304；所述机械臂滑座301安装于所述机械臂滑轨16上，并能够在所述机械臂滑轨16上移动；机械臂滑轨16位于所述机座19的正前方，所述机械臂I302底部和机械臂滑座301上部的转动端连接，并且使所述机械臂I302能够在转动端的带动下相对所述机械臂滑座301转动。

所述机械臂I302上端铰接有机械臂II303，使机械臂II303能够相对铰接轴做旋转运动；所述的机械臂II303上端铰接有机械臂III304，使机械臂III304能够相对铰接轴做旋转运动；所述的机械臂III304前端安装有超声波紧密喷涂喷头4。

在抛光加工时，三自由度机械臂3的顶端带着一维超声振动的超声波紧密喷涂喷头4在机械臂滑轨16上左右移动，同时向工件表面喷洒抛光液。

所述横梁6的上端设置有y轴滑轨I605，下端设置有y轴滑轨II606；如图6所示，所述的z轴移动装置10包括z轴移动装置底座1001、y轴滑轨滑块1002、y轴丝杠螺母1003、超声电主轴底座1004、z轴滑轨滑块1005、z轴滑轨1006和超声电主轴转盘1007；所述z轴移动装置底座1001上设置有用于装配于所述y轴滑轨I605和y轴滑轨II606上的y轴滑轨滑块1002，以及用于装配于所述y轴丝杠7上的的y轴丝杠螺母1003。

所述z轴移动装置底座1001上设置有z轴滑轨1006，所述超声电主轴底座1004通过z轴滑轨滑块1005安装于所述z轴滑轨1006上，使所述超声电主轴底座1004能够在z轴步进电机8的驱使下使得所述z轴滑轨1006上实现上下移动；所述超声电主轴底座1004通过超声电主轴转盘1007安装有超声抛光机构，使所述超声抛光机构安装于所述z轴移动装置底座1001上，进而通过z轴移动装置10实现超声抛光机构的上下移动。并且所述z轴移动装置10能够通过y轴步进电机5驱动，在y轴丝杠上左右移动，进而带动所述超声抛光机构在y轴丝杠上左右移动。

z轴步进电机8控制的是z轴移动装置中超声电主轴底座1004的上下运动，从而控制超声电主轴的z轴向位移。z轴步进电机8提供主动力，通过内部的的动力传动机构使得超声电主轴实现上下垂直方向上的位置移动，该动力传动机构为现有技术常规传动机构。

所述滑座11能够通过x轴步进电机I14和x轴步进电机II的驱动下，在x轴丝杠I13和x轴丝杠II2上前后移动，带动z轴移动装置10在x轴丝杠I13和x轴丝杠II2上前后移动，进而带动所述超声抛光机构在x轴丝杠I13和x轴丝杠II2上前后移动，带动超声电主轴9上安装的抛光头在工作台上进行移动来抛光加工工件。

所述的超声抛光机构包括超声电主轴9、超声抛光头和用于固定的主轴抱座；所述超声电主轴9通过主轴抱座安装于所述超声电主轴转盘1007上，所述超声抛光头安装于所述超声电主轴9前端。超声电主轴9在工作平台上移动，能够进行工件的抛光加工。所述超声电主轴9是将超声波换能器、超声波变幅杆、电机集成安装在一起，外部通过连接部件与超声抛光头相互连接，这样大大简化了整体抛光装置的结构。

本发明所述的高精度四维超声抛光装置，设置在x丝杠I13、x丝杠II2、y轴丝杠7、z轴滑轨1006、机械臂上的各个步进电机，电机的转动通过传动装置将运动输出，传递给超声电主轴9和机械臂，带动抛光工具头在工作台基面上移动，进行超声抛光加工，使机械臂可以实时跟随抛洒抛光液，是一种高精度可调式四维超声抛光装置。

如图1至图6所示，一种上述高精度四维超声抛光装置的使用方法，对硬脆材料工件进行超声抛光，包括以下步骤：

超声抛光机构作一维超声抛光，抛光液喷洒雾化机构作一维超声运动。抛光平面零件、规则柱状曲面零件或复杂曲面零件时可采用不同维度的抛光方式。

当抛光平面零件时，向双压电叠堆超声振动发生装置输送有相位差的信号，相连接的工件作二维椭圆振动，工件振动平面与超声抛光机构中超声电主轴9的振动方向相互垂直，此时进行四维超声抛光。

当加工规则柱状曲面零件时，向双压电叠堆椭圆振动发生装置输送无相位差的信号，此时双压电叠堆超声振动发生装置作一维超声振动，工件做的是一维超声振动，此时进行是三维超声抛光。

根据某一具体对象，可更换可拆卸工件夹持机构12，夹紧工件后，调整所述联动机构，将抛光头调整至指定位置，调整好抛光压力，将抛光路径转换以代码形式输入控制***，即可抛光作业。

当加工复杂曲面时，不向双压电叠堆椭圆振动发生装置输入信号，此时工件夹持机构12与双压电叠堆椭圆振动发生装置视不动，视为普通夹具结构，此时的抛光方式是采用二维超声抛光。

根据某一具体对象，可更换可拆卸工件夹持机构12，夹紧工件后，调整所述联动机构，将抛光头调整至指定位置，调整好抛光压力，将抛光路径转换以代码形式输入控制***，即可作业。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种高精度四维超声抛光装置，其特征在于，包括：放置于水平工作面上的机座、用来与工件接触的超声抛光机构、抛光液喷洒雾化机构、用于移动抛光头的联动机构、双压电叠堆超声振动发生装置、抛光液回收机构、用来夹持工件和对工件产生二维椭圆超声振动的工件夹持机构；

所述抛光液回收机构包括规则设置于所述机座上部的定位孔和同所述定位孔连通的废液收集孔；

所述工件夹持机构和双压电叠堆超声振动发生装置通过定位孔设置于所述机座上表面的中心位置；

所述的机座的前端面设置有机械臂滑轨，用于向工件喷洒抛光液的所述抛光液喷洒雾化机构设置于所述机械臂滑轨上，并且使所述抛光液喷洒雾化机构能够在所述机械臂滑轨上移动；

所述联动机构包括x轴步进电机II、x轴丝杠II、x轴丝杠I和x轴步进电机I；

所述x轴丝杠I和x轴丝杠II分别安装于所述机座的两侧壁上端，所述x轴丝杠I端部传动连接有x轴步进电机I，所述x轴丝杠II端部传动连接有x轴步进电机II；

所述的x轴丝杠I和x轴丝杠II上分别安装有一个滑座，相同的两个所述滑座之间通过横梁连接，使滑座能够在x轴丝杠I和x轴丝杠II的轴线方向前后移动；

并在两个所述滑座之间设置有y轴丝杠，所述的y轴丝杠端部传动连接有y轴步进电机；所述的y轴丝杠上安装有z轴移动装置，使z轴移动装置能够在y轴丝杠的轴线方向前后移动；

所述z轴移动装置上设置有超声抛光机构，并且通过z轴移动装置能够驱动超声抛光机构在竖直方向上下移动。

2.根据权利要求1所述的高精度四维超声抛光装置，其特征在于，

所述双压电叠堆超声振动发生装置包括底座、压电叠堆I、压电叠堆II、柔性机构I、步进电机、柔性机构II、装配孔和转盘；

所述底座通过转盘安装于所述定位孔上，所述压电叠堆I和压电叠堆II安装于所述底座的两个槽道内，两个所述槽道的出口位置分别设置有柔性机构I和柔性机构II；

所述柔性机构I和柔性机构II的外端通过安装座连接有步进电机，所述步进电机通过连接器同所述工件夹持机构连接固定，使步进电机旋转，进而带动所述工件夹持机构旋转，从而实现工件加工中不同的角度进行加工。

3.根据权利要求2所述的高精度四维超声抛光装置，其特征在于，

所述工件夹持机构包括夹具底座、夹具夹爪、紧定螺钉、压紧螺杆、滑槽和装配孔；

具有固定夹爪的所述夹具底座上加工有滑槽，并设置有所述压紧螺杆，夹具夹爪装配在滑槽和压紧螺杆上，并通过紧定螺钉实现夹具夹爪的定位固定；

所述夹具底座端部具有用于连接步进电机的装配孔。

4.根据权利要求3所述的高精度四维超声抛光装置，其特征在于，

当双压电叠堆超声振动机构收到一定相位差的激励型号时候，压电叠堆I与压电叠堆II会交错的产生振动，其运动合成到工件夹持机构上就会形成与基底面平行的二维椭圆振动，所述工件夹持机构带动工件作椭圆振动。

5.根据权利要求1所述的高精度四维超声抛光装置，其特征在于，

所述滑座包括滑座支架、滑座法兰、y轴丝杠螺母、x轴丝杠螺母和x轴滑块；

所述滑座法兰位于所述滑座支架的上端，内部设置有用于安装y轴丝杠的y轴丝杠螺母；

所述x轴丝杠螺母和x轴滑块依次设置于所述滑座支架的下端。

6.根据权利要求1所述的高精度四维超声抛光装置，其特征在于，

所述抛光液喷洒雾化机构包括三自由度机械臂和超声波紧密喷涂喷头，所述三自由度机械臂包括机械臂滑座、机械臂I、机械臂II和机械臂III；

所述机械臂滑座安装于所述机械臂滑轨上，并能够在所述机械臂滑轨上移动；所述机械臂I底部和机械臂滑座上部的转动端连接，并且使所述机械臂I能够在转动端的带动下相对所述机械臂滑座转动；

所述机械臂I上端铰接有机械臂II，所述的机械臂II上端铰接有机械臂III，所述的机械臂III前端安装有超声波紧密喷涂喷头。

7.根据权利要求1所述的高精度四维超声抛光装置，其特征在于，

所述横梁的上端设置有y轴滑轨I，下端设置有y轴滑轨II；

所述的z轴移动装置包括z轴移动装置底座、y轴滑轨滑块、y轴丝杠螺母、超声电主轴底座、z轴滑轨滑块、z轴滑轨和超声电主轴转盘；

所述z轴移动装置底座上设置有用于装配于所述y轴滑轨I和y轴滑轨II上的y轴滑轨滑块，以及用于装配于所述y轴丝杠上的的y轴丝杠螺母；

所述z轴移动装置底座上设置有z轴滑轨，所述超声电主轴底座通过z轴滑轨滑块安装于所述z轴滑轨上，所述超声电主轴底座通过超声电主轴转盘安装有超声抛光机构。

8.根据权利要求7所述的高精度四维超声抛光装置，其特征在于，

所述的超声抛光机构包括超声电主轴、超声抛光头和用于固定的主轴抱座；

所述超声电主轴通过主轴抱座安装于所述超声电主轴转盘上，所述超声抛光头安装于所述超声电主轴前端。

9.一种上述权利要求1所述的高精度四维超声抛光装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

超声抛光机构作一维超声抛光，抛光液喷洒雾化机构作一维超声运动；

当抛光平面零件时，向双压电叠堆超声振动发生装置输送有相位差的信号，相连接的工件作二维椭圆振动，工件振动平面与超声抛光机构中超声电主轴的振动方向相互垂直，此时进行四维超声抛光；

当加工规则柱状曲面零件时，向双压电叠堆椭圆振动发生装置输送无相位差的信号，此时双压电叠堆超声振动发生装置作一维超声振动，此时进行是三维超声抛光；

当加工复杂曲面时，不向双压电叠堆椭圆振动发生装置输入信号，此时工件夹持机构与双压电叠堆椭圆振动发生装置视为普通夹具，作二维超声抛光。