專利名稱：機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合的研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工件表面光整加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)械往復(fù)與超聲 振動(dòng)復(fù)合的研磨方法，該復(fù)合研磨方法尤其適合手提式研磨機(jī)使用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)工件的表面質(zhì)量提出了更高的要求，表面質(zhì)量不 僅影響工件的外觀，還直接影響工件的使用性能和壽命，表面質(zhì)量的好壞對(duì) 模具來(lái)說(shuō)尤其重要。模具是以復(fù)映方式進(jìn)行零件制造的一種工具，表面粗糙 度已成為衡量模具產(chǎn)品質(zhì)量的重要標(biāo)志，只有模具表面的粗糙度低，才能使 得用其加工的產(chǎn)品的粗糙度值也低。因此研磨拋光己成為模具、工程機(jī)械、
醫(yī)療設(shè)備和航空航天工業(yè)中某些關(guān)鍵零件表面加工的重要手段。
現(xiàn)在，模具型腔表面的形狀加工基本上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。為了去除機(jī)械加 工或電火花加工在模具型腔表面留下的刀痕或硬化層，在幾何形狀加工后必 須對(duì)模具型腔表面進(jìn)行研磨拋光加工，以期獲得所要求的尺寸、形狀、位置
精度和表面粗糙度。研磨拋光作為模具表面加工的一道重要工序，其加工時(shí)
間占整個(gè)模具制造時(shí)間的30% - 50%，其成本占全部制造成本的5% - 30%。 研磨拋光已成為模具制造過(guò)程中的瓶頸。
目前最常用的研磨方法是手動(dòng)機(jī)械往復(fù)研磨拋光，其次是超聲波研磨拋 光。機(jī)械往復(fù)研磨拋光要完成對(duì)一件待研磨工件的研磨拋光，至少要經(jīng)過(guò)5 ~ 12道研磨工序，每道工序中采用一種單一材質(zhì)的磨頭配以單一顆粒直徑大小 的磨料，按照從粗到細(xì)的規(guī)律研磨，即磨頭的材質(zhì)依次從硬到軟，磨料的顆 粒直徑依次從大到小，在完成前一道研磨工序后，換一種材質(zhì)較前一次稍軟 的磨頭配以顆粒直徑稍小的磨料進(jìn)行研磨，以此類推最終達(dá)到研磨效果。而 機(jī)械往復(fù)研磨拋光利用其磨頭的萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)面積較大的模具型腔 異型曲面的拋光加工，該方法具有簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但因機(jī)械往復(fù)振動(dòng) 頻率較低，使得該方法加工能力較差、生產(chǎn)效率較低，且勞動(dòng)強(qiáng)度較大。
超聲波研磨拋光，如圖1所示，是利用超聲波發(fā)生器1產(chǎn)生一定能量 (20 50KHz)的超聲頻電流，經(jīng)過(guò)換能器陶瓷片2將這些超聲頻電流轉(zhuǎn)換 成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，并通過(guò)變幅桿3將這些超聲頻機(jī)械振動(dòng)加以放大，再傳 到固定在變幅桿3端部的磨頭4上，使磨頭4按一定頻率振動(dòng)、沖擊和拋磨 工件^皮加工表面，并在每道研磨工序中采用不同的磨頭和磨料，以達(dá)到研磨
效果。超聲波研磨拋光采用固定磨頭的高頻振動(dòng)，產(chǎn)生高效率的磨削功能，
但因其磨頭移動(dòng)距離太小(約l~5nm),故其應(yīng)用范圍較窄，只能實(shí)現(xiàn)對(duì) 邊角、縫隙、窄邊、深槽及形狀復(fù)雜的型腔表面等機(jī)械往復(fù)研磨拋光機(jī)不能 處理到的較小面積的拋光加工，而對(duì)大面積的工件表面研磨時(shí)，則不能保證 加工工件表面的平整度和光潔度,從而使得超聲振動(dòng)研磨拋光在整個(gè)拋光領(lǐng)
域中的使用占有率僅為2%~5%，因此超聲波高頻振動(dòng)的功效不能得到充分 的發(fā)揮，應(yīng)用存在著很大的局限性。
因此如何解決現(xiàn)有的研磨拋光方法的局限性，即機(jī)械往復(fù)研磨拋光只能 實(shí)現(xiàn)大面積工件的拋光，而超聲波研磨拋光只能實(shí)現(xiàn)一些邊角、縫隙、窄邊、 深槽及形狀復(fù)雜的型腔表面較小面積的拋光，使得研磨效率低的問(wèn)題，成為 本發(fā)明著重研究的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合研磨方法，以解決現(xiàn)有 機(jī)械往復(fù)研磨拋光只能實(shí)現(xiàn)大面積工件的拋光，而超聲波研磨拋光只能實(shí)現(xiàn) 一些邊角、縫隙、窄邊、深槽及形狀復(fù)雜的型腔表面較小面積的拋光，且研 磨效率低的問(wèn)題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng) 復(fù)合的研磨方法，在研磨工序中采用機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式驅(qū) 動(dòng)同 一磨頭對(duì)加工工件表面進(jìn)行研磨，其中，機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)按以 下運(yùn)動(dòng)參凄t進(jìn)4亍疊力口
(1 )運(yùn)動(dòng)方向疊力口 機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向呈同軸疊加，或者在平行于加工工件 表面的平面內(nèi)機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向呈夾角疊加；
(2)頻率疊加
才幾才成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率為30赫茲~300赫茲，超聲4展動(dòng)的頻率為20千赫 茲~ 50千赫茲； (3 ) 4展幅疊力口
機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅為0.1 ~ 10毫米，超聲振動(dòng)的振幅為機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)振 巾縣^！ 0.02 ~ 0.05^咅。
上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下
1、上述方案中，所述機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向的夾角呈銳角、 鈍角或直角。而當(dāng)機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向呈同軸疊加時(shí)，其研磨
效果最佳。
2、 上述方案中，所述機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)和超聲振動(dòng)的頻率分別為58赫茲 108 赫茲和21千赫茲 39千赫茲。
3、上述方案中，所述"同一磨頭"指的是機(jī)械往復(fù)研磨時(shí)所使用的磨頭， 該磨頭在作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)同時(shí)，其磨頭上的磨具繞自身中心旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的工作原理是在手動(dòng)研磨拋光機(jī)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸 上，同軸疊加超聲波發(fā)生裝置，或在平行于加工工件表面的平面內(nèi)超聲波發(fā) 生裝置呈夾角疊加在機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸上，在研磨工序中釆用機(jī)械往 復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式驅(qū)動(dòng)同 一磨頭對(duì)加工工件表面進(jìn)行研磨，該磨 頭在機(jī)械往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)主軸的帶動(dòng)下，做振幅較大的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，啟動(dòng) 超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波信號(hào)，經(jīng)超聲波換能器將超聲波振動(dòng)傳至磨頭，促 使磨頭按一定頻率振動(dòng)、沖擊和拋磨工件被加工表面，提高機(jī)械往復(fù)直線運(yùn) 動(dòng)的研磨效率；同時(shí)，超聲波振動(dòng)疊加在磨頭上進(jìn)行較大振幅的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 使得研磨效率和質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高。在整個(gè)研磨過(guò)程中，超聲波振動(dòng)和 機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)復(fù)合研磨工件表面，集成了超聲波振動(dòng)研磨和機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)研 磨的相關(guān)特性。其運(yùn)動(dòng)軌跡為在磨頭螺旋式進(jìn)給磨軌跡上，疊加超聲振動(dòng)和 機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，研磨精度和研磨質(zhì)量均得到較大的提 向。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果
1 、本發(fā)明在研磨工序中采用機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式驅(qū)動(dòng) 同一磨頭對(duì)加工工件表面進(jìn)行研磨，克服了以往機(jī)械往復(fù)和超聲振動(dòng)單獨(dú)作 用于磨頭研磨加工工件表面的局限性，既能高效的完成對(duì)邊角、縫隙、窄邊、 深槽及形狀復(fù)雜的型腔表面等機(jī)械往復(fù)研磨拋光機(jī)不能處理到的較小面積 的拋光加工，也能高效的完成對(duì)大面積模具型腔表面的拋光加工，保證加工 工件表面的平整度和光潔度。充分發(fā)揮了超聲振動(dòng)和機(jī)械往復(fù)的功效，擴(kuò)大 了其使用范圍。
2 、本發(fā)明在研磨工序中采用機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式驅(qū)動(dòng) 同一磨頭對(duì)加工工件表面進(jìn)行研磨，其研磨效率相對(duì)于機(jī)械往復(fù)和超聲振動(dòng) 單獨(dú)作用于磨頭研磨加工工件表面，提高了 10~50倍，并提高了整個(gè)工件 研磨拋光面型的研磨拋光質(zhì)量和效果。
3、 本發(fā)明在機(jī)械往復(fù)研磨基礎(chǔ)上有效復(fù)合超聲波研磨技術(shù)，通過(guò)磨頭 的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和超聲振動(dòng)，提高研磨效率和研磨精度。


附圖1為超聲波研磨拋光振動(dòng)原理示意附圖2為本發(fā)明實(shí)施例采用的手動(dòng)研磨拋光機(jī)結(jié)構(gòu)示意附圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的工作原理示意附圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的工作原理示意附圖5為本發(fā)明實(shí)施例三的工作原理示意圖。
以上附圖中1、超聲波發(fā)生器；2、陶瓷片；3、變幅桿；4、磨頭；5、 磨料；6、工件表面；7、箭頭；8、箭頭；9、手持式研磨拋光機(jī)；10、震動(dòng)棒。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一
如圖3所示， 一種機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合研磨方法，包括至少兩個(gè)研 磨工序，各研磨工序之間使用不同硬度的磨頭4和不同顆粒直徑的磨料5, 磨頭4硬度按研磨工序次序從硬到軟變化，磨料5顆粒直徑按研磨工序次序 從大到小變化，每個(gè)研磨工序中，釆用機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式 驅(qū)動(dòng)同一磨頭對(duì)加工工件表面進(jìn)行研磨，如圖2所示，在手持式研磨拋光機(jī) 9的主軸(圖中未示出)上同軸設(shè)置一個(gè)超聲波發(fā)生裝置，并同時(shí)作用于同 一磨頭4對(duì)加工工件表面6進(jìn)行研磨，磨頭4在機(jī)械往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)主軸的帶 動(dòng)下，做振幅較大的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，啟動(dòng)超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波信號(hào)， 經(jīng)超聲波換能器通過(guò)震動(dòng)棒10將超聲波振動(dòng)傳至磨頭4,促使磨頭4按一定 頻率振動(dòng)、沖擊和拋磨被加工工件表面6,提高機(jī)械往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的石開(kāi)磨效 率；同時(shí)，超聲波振動(dòng)疊加在磨頭4上進(jìn)行較大振幅的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得研磨 效率和質(zhì)量得到進(jìn)一 步的提高。
機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加驅(qū)動(dòng)時(shí)，其中，機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲 振動(dòng)方向呈同軸疊加，圖3中箭頭7和箭頭8分別代表超聲振動(dòng)和機(jī)械往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的方向；所述4幾械往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率為58赫茲 108赫茲，而與積4成往復(fù)疊 加的超聲振動(dòng)的頻率為21千赫茲 39千赫茲30KHz±20%,同時(shí)，機(jī)械往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的振幅為0.1 ~ 10mm,而與機(jī)械往復(fù)疊加的超聲振動(dòng)的振幅為機(jī)械往復(fù) 運(yùn)動(dòng)振幅的0.02 ~ 0.05倍；以此形成在磨頭自身螺旋式前進(jìn)的軌跡上疊加機(jī) 械往復(fù)與超聲振動(dòng)作用于磨頭的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)軌跡。
通過(guò)采用機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式驅(qū)動(dòng)同 一磨頭對(duì)加工工
件表面進(jìn)行研磨，克服了以往機(jī)械往復(fù)和超聲振動(dòng)單獨(dú)作用于磨頭研磨加工 工件表面的局限性，既能高效的完成對(duì)邊角、縫隙、窄邊、深槽及形狀復(fù) 雜的型腔表面等機(jī)械往復(fù)研磨拋光機(jī)不能處理到的較小面積的拋光加工，也 能高效的完成對(duì)大面積模具型腔表面的拋光加工，保證加工工件表面的平整 度和光潔度。充分發(fā)揮了超聲振動(dòng)和機(jī)械往復(fù)的功效，擴(kuò)大了其使用范圍。 且機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)疊加作用于同一個(gè)磨頭將機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)疊加 作用于同 一個(gè)磨頭后，其研磨效率相對(duì)于機(jī)械往復(fù)和超聲振動(dòng)單獨(dú)作用于磨
頭研磨加工工件表面，提高了 10~50倍，并提高了整個(gè)工件研磨拋光面型
的研磨拋光質(zhì)量和效果。
實(shí)施例二
如圖4所示， 一種機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合研磨方法，與實(shí)施例一不同 之處在于機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向在平行于加工工件表面的平面 內(nèi)呈銳角疊加；圖4中箭頭4和箭頭5分別代表超聲振動(dòng)和機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 方向；其他與實(shí)施例一相同，這里不再詳細(xì)描述。另外，才幾械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向 與超聲振動(dòng)方向呈鈍角疊加的方式，與此類同，這里不再詳細(xì)描述。
實(shí)施例三
如圖5所示， 一種機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合研磨方法，包括至少兩個(gè)研 磨工序，與實(shí)施例一不同之處在于機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向在平 行于加工工件表面的平面內(nèi)呈直角疊加；圖5中箭頭4和箭頭5分別代表超 聲振動(dòng)和機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方向；其他與實(shí)施例一相同，這里不再詳細(xì)描述。
上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng) 技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的寸呆護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合的研磨方法，其特征在于在研磨工序中采用機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式驅(qū)動(dòng)同一磨頭對(duì)加工工件表面進(jìn)行研磨，其中，機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)按以下運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行疊加(1)運(yùn)動(dòng)方向疊加 機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向呈同軸疊加，或者在平行于加工工件表面的平面內(nèi)機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向呈夾角疊加；(2)頻率疊加機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率為30赫茲～300赫茲，超聲振動(dòng)的頻率為20千赫茲～50千赫茲；(3)振幅疊加 機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅為0.1～10毫米，超聲振動(dòng)的振幅為機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)振幅的0.02～0.05倍。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合的研磨方法，其特征在 于所述機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向的夾角呈銳角、鈍角或直角。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合的研磨方法，其特征在 于所述機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)和超聲振動(dòng)的頻率分別為58赫茲 108赫茲和21千赫 茲~39千赫茲。
全文摘要
一種機(jī)械往復(fù)與超聲振動(dòng)復(fù)合的研磨方法，在研磨工序中采用機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)疊加的方式驅(qū)動(dòng)同一磨頭對(duì)加工工件表面進(jìn)行研磨，其中，機(jī)械往復(fù)振動(dòng)與超聲振動(dòng)按以下運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行疊加機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與超聲振動(dòng)方向呈同軸疊加，或者在平行于加工工件表面的平面內(nèi)呈夾角疊加；機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率為30赫茲～300赫茲，超聲振動(dòng)的頻率為20千赫茲～50千赫茲；機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅為0.1～10毫米，超聲振動(dòng)的振幅為機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)振幅的0.02～0.05倍。本發(fā)明方法解決了現(xiàn)有機(jī)械往復(fù)研磨拋光只能實(shí)現(xiàn)大面積工件的拋光，而超聲波研磨拋光只能實(shí)現(xiàn)一些邊角、縫隙、窄邊、深槽及形狀復(fù)雜的型腔表面較小面積的拋光，且研磨效率低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)B24B35/00GK101362303SQ200810196560
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
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