专利名称：用于光学非球面磨削的三维超声波辅助加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磨削加工辅助装置，尤其是一种用于光学非球面的三维超声波辅助磨削装置。
背景技术：
由于常规磨削方式的固有缺陷，对光学非球面精密磨削技术来说，还存在一些难以克服的问题，主要包括由于传统的磨削中产生较大的法向磨削力以及较高的磨削温度，导致严重的砂轮磨损和加工表面损伤，干扰了加工精度；工件的亚表面缺陷严重影响了后序抛光加工的成本与工艺路线，但直接提高磨削加工精度及工件表面完整性的方法通常又大幅度降低了磨削效率；不同类型非球面的复杂加工面形对加工稳定性具有一定干扰。目 前，已有的研究与相关技术表明单维超声波振动磨削能够有效提高加工效率以及表面完整性，其中一维径向超声波振动磨削，即振动方向垂直于工件表面，能够显著降低磨削力以及提高材料去除率，但是会导致砂轮磨损的增加和表面粗糙度的轻微增加；一维轴向超声波振动磨削，即砂轮或工件的振动方向平行于砂轮轴向，能够大幅度提高工件表面质量和降低表面热载荷；对工件同时施加轴向和径向超声波的二维超声振动辅助磨削技术已经被证实能够平衡表面质量与加工效率，进一步优化、控制平面超声波辅助磨削的加工效果。随着当前世界科学技术的飞快发展，对于先进光学制造技术的要求越来越高，高精度非球面玻璃零件作为一种关键的光学元器件，其传统精密制造加工方法越来越不能适应现代高科技发展和高效率的要求，迫切需要新的加工手段来提高光学非球面玻璃精密加工技术。因此，针对传统一、二维超声波辅助磨削加工固有技术缺陷和非球面工件加工特点，本发明设计一种三维超声波辅助磨削装置以实现光学非球面元件超声波辅助磨削。
发明内容
本发明为了克服现有超声振动磨削技术对加工表面形状的限制，提供一种用于光学非球面磨削的三维超声波辅助加工装置，该装置能够对具有高表面质量要求的光学非球面元件实现高效精密的超声波辅助磨削加工。本发明采用的技术方案是一种用于光学非球面磨削的三维超声波辅助加工装置，包括超声波弹性振子、X轴向压电陶瓷、夹具平台、Y轴向压电陶瓷、Z轴向压电陶瓷、波函数发生器、X轴功率放大器、Y轴功率放大器、Z轴功率放大器，其特点是x轴向压电陶瓷、Y轴向压电陶瓷和Z轴向压电陶瓷分别置于超声波弹性振子的侧面，并通过粘合固定在超声波弹性振子上，超声波弹性振子上方设有用于固定非球面工件的夹具平台，波函数发生器发出三向交流电压信号,经X轴功率放大器、Y轴功率放大器和Z轴功率放大器放大后，分别输入X轴向压电陶瓷、Y轴向压电陶瓷和Z轴向压电陶瓷表面的电极上，使得X轴向压电陶瓷、Y轴向压电陶瓷和Z轴向压电陶瓷表面的电极分别产生振动，实现超声波弹性振子的三维超声波合成振动。超声波弹性振子方连接有转轴，转轴另一端固定在底座上的轴承内滚道中，实现超声波弹性振子及夹具平台相对于底座转动，用于控制非球面工件不同位置表面进入机床加工区域。本发明的有益效果是
本发明的X轴向压电陶瓷、Y轴向压电陶瓷和Z轴向压电陶瓷分别置于超声波弹性振子的侧面，并通过粘合固定在超声波弹性振子上，超声波弹性振子上方设有用于固定非球面工件夹具平台，。由波函数发生器输出交流电压信号，经功率放大器放大后施加于压电陶瓷的电极上，使三块压电陶瓷分别产生沿砂轮轴向、径向和法向三个方向振动，通过实时调节它们的输入电压幅值及幅值比，产生所需的超声波合成振动。超声波弹性振子下方接有转轴，转轴的另一端固定在底座上的轴承的内滚道中，从而实现超声波弹性振子及夹具平台相对于底座转动，可以控制非球面工件表面不同区域进入机床加工位置。加工时，通过底座将整个装置安装在平面磨床上，根据非球面形貌特征变化进行三维超声波合成振动方向与幅值控制，在加工效率与加工质量之间实现适度调节与改善。本发明结构简单，由夹具平台、超声波弹性振子、转轴、底座及附属机构组成；安装方便，可直接作为三维超声波辅助磨削时的工作台，也可以作为夹具装置吸附安装在相关·磨床的工作台面上，实现非球面磨削加工；操作简单，加工时，通过手动旋转转轴即可调节夹具平台的方向，提高加工的灵活性，防止干涉。
图I是本发明实例结构示意 图2是本发明实例装置的电路控制示意图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步描述。如图1，2所示，本发明的用于光学非球面磨削的三维超声波辅助加工装置，包括超声波弹性振子I、X轴向压电陶瓷2、夹具平台3、Y轴向压电陶瓷4、Z轴向压电陶瓷5、转轴6、锁紧螺母7、垫片8、轴承9、底座10、波函数发生器11、X轴功率放大器12、Y轴功率放大器13、Z轴功率放大器14等。X轴向压电陶瓷2、Y轴向压电陶瓷4和Z轴向压电陶瓷5分别置于超声波弹性振子I的侧面，并通过粘合固定在超声波弹性振子I上，超声波弹性振子I上方是夹具平台，用于固定非球面工件。通过三向压电陶瓷通电，使得超声波弹性振子I产生可控的三维超声合成振动，根据磨削加工要求和非球面形貌，对三维超声波合成振动进行调节，从而完成加工质量及效率的提高。超声波弹性振子I下方接有转轴6，转轴6另一端固定在底座10上的轴承9内滚道中，从而实现超声波弹性振子I及夹具平台相对于底座转动，控制非球面工件不同位置表面进入机床加工区域。如图2所示，由波函数发生器11发出三向交流电压信号，经X轴功率放大器12、Υ轴功率放大器13和Z轴功率放大器14放大后，分别作用在X轴向压电陶瓷2、Y轴向压电陶瓷4和Z轴向压电陶瓷5表面的电极上，使得X轴向压电陶瓷2、Υ轴向压电陶瓷4和Z轴向压电陶瓷5分别产生振动，最终实现超声波弹性振子I的三维超声波合成振动。并且通过三向压电陶瓷通电，使得超声波弹性振子I产生可控的三维超声合成振动，根据磨削加工要求和非球面形貌，对三维超声波合成振动进行调节，从而完成加工质量及效率的提高。·
权利要求
1.一种用于光学非球面磨削的三维超声波辅助加工装置，包括超声波弹性振子(I)、X轴向压电陶瓷(2)、夹具平台(3)、Y轴向压电陶瓷(4)、Z轴向压电陶瓷(5)、波函数发生器(11 )、X轴功率放大器(12)、Y轴功率放大器(13)、Z轴功率放大器(14)，其特征在于所述X轴向压电陶瓷(2)、Y轴向压电陶瓷(4)和Z轴向压电陶瓷(5)分别置于超声波弹性振子(1)的侧面，并通过粘合固定在超声波弹性振子(I)上，超声波弹性振子(I)上方设有用于固定非球面工件的夹具平台(3)，波函数发生器(11)发出三向交流电压信号，经X轴功率放大器(12)、Y轴功率放大器(13)和Z轴功率放大器(14)放大后，分别输入X轴向压电陶瓷(2)、Y轴向压电陶瓷(4)和Z轴向压电陶瓷(5)表面的电极上，使得X轴向压电陶瓷(2)、Y轴向压电陶瓷(4)和Z轴向压电陶瓷(5)表面的电极分别产生振动，实现超声波弹性振子(I)的三维超声波合成振动。
2.根据权利要求I所述的用于光学非球面磨削的三维超声波辅助加工装置，其特征在于所述超声波弹性振子(I)下方连接有转轴(6 )，转轴(6 )另一端固定在底座(10 )上的轴承(9 )内滚道中，实现超声波弹性振子(I)及夹具平台(3 )相对于底座(10 )转动，用于控制非球面工件不同位置表面进入机床加工区域。
全文摘要
本发明涉及一种用于光学非球面磨削的三维超声波辅助加工装置，X轴向压电陶瓷、Y轴向压电陶瓷和Z轴向压电陶瓷分别粘合在超声波弹性振子的侧面上，超声波弹性振子上方设有用于固定非球面工件的夹具平台，波函数发生器发出三向交流电压信号，经X轴功率放大器、Y轴功率放大器和Z轴功率放大器放大后，分别输入X轴向压电陶瓷、Y轴向压电陶瓷和Z轴向压电陶瓷表面的电极上,使得X轴向压电陶瓷、Y轴向压电陶瓷和Z轴向压电陶瓷表面的电极分别产生振动，实现超声波弹性振子的三维超声波合成振动。本发明结构简单，安装方便，可直接作为三维超声波辅助磨削时的工作台，也可以作为夹具装置吸附安装在相关磨床的工作台面上，实现非球面磨削加工。
文档编号B24B41/06GK102873595SQ20121038514
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者姜晨, 郭德宝, 秦文顺, 李郝林 申请人:上海理工大学