超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置及方法制造方法及图纸

一种超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置，包括等离子体发生装置、等离子喷射装置、变刚度气压砂轮随形抛光装置、CCD检测装置、多自由度机器人控制装置和超声振动辅助装置，等离子体发生装置与所述等离子喷射装置，等离子喷射装置的等离子喷射头位于工作台的抛光工位的上方；变刚度气压砂轮随形抛光装置安装在多自由度机器人控制装置的动作端，变刚度气压砂轮随形抛光装置的抛光头位于工作台的抛光工位上，超声振动辅助装置安装在所述变刚度气压砂轮随形抛光装置上，CCD检测装置的视角范围覆盖所述工作台的抛光工位。本发明专利技术实现大气压条件下脆硬材料表面的超精密抛光加工，并且做到加工效率高，加工效果好。

【技术实现步骤摘要】
超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置及方法
本专利技术属于非金属表面加工
，具体涉及一种超声振动与常压等离子喷射辅助气压砂轮随形抛光装置及方法。
技术介绍
随着科技的不断发展，已经将越来越多的脆硬性材料制成的零件运用于国防、军事以及航天航空等领域。故脆硬材料的产品越来越朝着高精度，高硬度，高耐磨性等方向发展。比如碳化硅(SiC)具有机械硬度高、化学性能稳定、热稳定性好、表面质量高、比刚度强、热变形系数小、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、光学可加工性好、抗辐射性能好等优点，在各个领域都得到了广泛的应用。但是由于碳化硅材料的高硬度和表面微结构的复杂性导致碳化硅材料磨具在进行超精密加工的时候有很多的难题，加工制造的时候在保证零件的表面粗糙度降低的同时做到不降低材料的硬度、强度。抛光就是超光滑表面加工的主要手段，传统抛光方法加工的元件可以达到表面粗糙度极低，达到了超光滑水平。但是这些方法都有固有的缺点，传统的机械抛光由于是接触式加工，在抛光过程中依靠的是磨粒的微切削作用故在抛光的时候劳动强度大，污染较为严重，而且无法加工复杂的零件，容易导致加工工件表面及亚表面的破坏；单纯的化学抛光存在化学溶液的调配以及回收利用也比较困难，往往在抛光的过程中会产生氧化碳等有害气体，加工效率也比较低，影响工业生产的效率。然而目前在进行抛光加工的时候大多数采用的还是传统意义上的机械抛光，严重的制约了加工的精度以及降低了工具寿命。为了解决上述的问题就提出了超声振动辅助抛光的方法，将超声振动和传统的抛光加工工艺相结合，在变刚度气压砂轮上充分发挥超声振动达到高材料去除率，高处理强度以及加工高精密性。
技术实现思路
为了克服现有的脆硬材料的大型复杂曲面抛光加工中存在的技术问题，本专利技术提供一种等离子氧化反应和机械柔性随形抛光以及超声振动相结合的抛光的方法，目的在于解决常规的机械式研磨抛光方法在脆硬材料复杂自由曲面时难以加工出形面精度高的自由曲面、且在加工时存抛光效率低等问题，实现大气压条件下脆硬材料表面的超精密抛光加工，并且做到加工效率高，加工效果好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置，包括等离子体发生装置、等离子喷射装置、变刚度气压砂轮随形抛光装置、CCD检测装置、多自由度机器人控制装置和超声振动辅助装置，所述等离子体发生装置与所述等离子喷射装置，所述等离子喷射装置的等离子喷射头位于工作台的抛光工位的上方；所述变刚度气压砂轮随形抛光装置安装在多自由度机器人控制装置的动作端，所述变刚度气压砂轮随形抛光装置的抛光头位于工作台的抛光工位上，所述超声振动辅助装置安装在所述变刚度气压砂轮随形抛光装置上，所述CCD检测装置的视角范围覆盖所述工作台的抛光工位。进一步，所述等离子发生装置包括激发气体瓶、反应气体瓶、混合气体管、反应气体管、气体导管、减压阀和流量计；所述等离子喷射装置包括串并混联运动机构、射频电源、增压阀和等离子喷射头；所述变刚度气压砂轮随形抛光装置包括变刚度气压砂轮、变刚度气压砂轮驱动电机、气体腔、恒力装置、六维力传感器、工作台、加工工件、夹具、气泵和末端铰连接件；所述CCD检测装置包括CCD检测摄像头、支撑架、铰连接件和可调节微动转动头；所述超声振动辅助装置包括上下电极、超声发生装置、超声换能器和超声变幅杆。再进一步，所述工作台用来放置进行抛光加工的工件，并用夹具对加工工件进行固定；气体导管依次连接激发气体瓶、反应气体瓶和混合气体管，将混合气体在反应气体管中激发出等离子体，通过增压阀对等离子体进行增压；串并混联运动机构包括XYZ三向运动平台和多自由度并联机械臂，通过XYZ三向移动平台控制等离子喷射头装置的位置和姿态，并控制多自由度并联机械臂)控制等离子喷射头与自由曲面的法线相垂直，对加工工件表面进行均匀的等离子体喷射；变刚度气压砂轮与变刚度气压砂轮驱动电机连接，变刚度气压砂轮包括柔性气囊内腔、高分子粘结剂和磨粒层，柔性气囊内腔由弹性高分子基体制成，在气囊腔外部覆盖一层表面高分子粘结剂用于粘结磨粒层，在机械臂末端连接件与气压砂轮抛光装置之间连接恒力装置，能够通过力传感控制恒力抛光；气泵通过导气管将压缩空气输送到气体腔中；超声发生装置发射出一定频率的超声波经过换能器后将电信号转变为机械振动信号，在通过变幅杆进行放大后达到迫使变刚度气压砂轮不断高频抛光；CCD监控装置中使用三个CCD摄像头，彼此成120°夹角，通过铰连接件)和可调节微动转动头控制CCD摄像头的拍摄范围，通过CCD摄像头的监控变刚度气压砂轮和被加工工件表面的接触面积，控制二者贴合面可以随着工件曲率的变化实时改变；机械臂连接到其控制装置通过编程控制变刚度气压砂轮的位姿，使得变刚度气压砂轮与机械臂末端的夹角可以调整，辅助变刚度气压砂轮进行随形抛光。一种常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光方法，所述抛光方法包括以下步骤：步骤1：打开等离子体发生装置，控制激发气体与反应气体的配比，使得气体通过气体导管传输到混合气体管；步骤2：预热射频电源，将负极接到反应气体管外表面，正极接到正接线柱中，激发等离子体的产生；打开增压阀、通过控制串并混联运动机构中的XYZ三向移动平台控制等离子喷射头装置移动到达加工工件表面上方，并控制多自由度并联机械臂控制等离子喷射头始终与自由曲面的法线相垂直，对加工工件表面进行均匀的喷射等离子体，使得等离子体与工件表面进行氧化反应生成氧化层；步骤3：变刚度气压砂轮驱动电机驱动变刚度气压砂轮进行高速旋转，多自由度机械臂控制变刚度气压砂轮对工件表面氧化层进行材料去除；变刚度气压砂轮包括柔性气囊内腔、粘结剂和磨粒层；柔性气囊内腔由弹性高分子基体制成，在气囊腔外部覆盖一层表面高分子粘结剂用于粘结磨粒层；变刚度气压砂轮实时在线调节气压砂轮的刚度，控制二者贴合面可以随着工件曲率的变化实时改变，实现随形抛光的效果，去除表面的氧化层；通过超声振动辅助装置的高频率振动促进变刚度气压砂轮与加工工件表面之间更频繁的碰撞，使得加工材料表面的氧化层能够更快更好的达到均匀去除的效果；并且可以利用超声振动的优点使得在氧化层去除过程中脱落的细小磨粒颗粒快速使得离开加工区域；步骤4：通过六维力传感器监控变刚度气压砂轮抛光时的具体参数，配合恒力装置控制机械臂进行恒力抛光；步骤5：通过CCD检测装置中的三个CCD摄像头控制CCD摄像头的拍摄范围，实时的拍摄抛光作业是变刚度气压砂轮与工件表面的接触面积的大小，优化加工工艺参数；步骤6：完成抛光，关闭各设备，取出抛光工件。进一步，所述步骤1中，在激发气体瓶和反应气体瓶前端加上流量计(12)，达到配比气体比例。再进一步，所述步骤1中，选择Ar、He等离子体作为等离子体激发气体，采用SF6、CF4、NF3、O2作为反应气体。更进一步，所述步骤2中，通过串并混联运动机构达到控制等离子喷射头工作时一直与自由复杂曲面的法线相垂直，控制各点的流体喷射时间、流量以及喷射状态相同，使得复杂自由曲面上各点的氧化效果均匀。所述步骤3中，采用的变刚度气压砂轮具有柔性调节的能力，在线调节气压砂轮的刚度，使得抛光过程中变刚度气压砂轮和加工工件表面二者贴合面可以随着工件曲率的变化实时改变，实现随形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置，其特征在于，所述抛光装置包括等离子体发生装置、等离子喷射装置、变刚度气压砂轮随形抛光装置、CCD检测装置、多自由度机器人控制装置和超声振动辅助装置，所述等离子体发生装置与所述等离子喷射装置，所述等离子喷射装置的等离子喷射头位于工作台的抛光工位的上方；所述变刚度气压砂轮随形抛光装置安装在多自由度机器人控制装置的动作端，所述变刚度气压砂轮随形抛光装置的抛光头位于工作台的抛光工位上，所述超声振动辅助装置安装在所述变刚度气压砂轮随形抛光装置上，所述CCD检测装置的视角范围覆盖所述工作台的抛光工位。

【技术特征摘要】
1.一种超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置，其特征在于，所述抛光装置包括等离子体发生装置、等离子喷射装置、变刚度气压砂轮随形抛光装置、CCD检测装置、多自由度机器人控制装置和超声振动辅助装置，所述等离子体发生装置与所述等离子喷射装置，所述等离子喷射装置的等离子喷射头位于工作台的抛光工位的上方；所述变刚度气压砂轮随形抛光装置安装在多自由度机器人控制装置的动作端，所述变刚度气压砂轮随形抛光装置的抛光头位于工作台的抛光工位上，所述超声振动辅助装置安装在所述变刚度气压砂轮随形抛光装置上，所述CCD检测装置的视角范围覆盖所述工作台的抛光工位。2.如权利要求1所述的超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置，其特征在于，所述等离子发生装置包括激发气体瓶、反应气体瓶、混合气体管、反应气体管、气体导管、减压阀和流量计；所述等离子喷射装置包括串并混联运动机构、射频电源、增压阀和等离子喷射头；所述变刚度气压砂轮随形抛光装置包括变刚度气压砂轮、变刚度气压砂轮驱动电机、气体腔、恒力装置、六维力传感器、工作台、加工工件、夹具、气泵和末端铰连接件；所述CCD检测装置包括CCD检测摄像头、支撑架、铰连接件和可调节微动转动头；所述超声振动辅助装置包括上下电极、超声发生装置、超声换能器和超声变幅杆。3.如权利要求2所述的超声振动与常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置，其特征在于，所述工作台用来放置进行抛光加工的工件，并用夹具对加工工件进行固定；气体导管依次连接激发气体瓶、反应气体瓶和混合气体管，将混合气体在反应气体管中激发出等离子体，通过增压阀对等离子体进行增压；串并混联运动机构包括XYZ三向运动平台和多自由度并联机械臂，通过XYZ三向移动平台控制等离子喷射头装置的位置和姿态，并控制多自由度并联机械臂)控制等离子喷射头与自由曲面的法线相垂直，对加工工件表面进行均匀的等离子体喷射；变刚度气压砂轮与变刚度气压砂轮驱动电机连接，变刚度气压砂轮包括柔性气囊内腔、高分子粘结剂和磨粒层，柔性气囊内腔由弹性高分子基体制成，在气囊腔外部覆盖一层表面高分子粘结剂用于粘结磨粒层，在机械臂末端连接件与气压砂轮抛光装置之间连接恒力装置，能够通过力传感控制恒力抛光；气泵通过导气管将压缩空气输送到气体腔中；超声发生装置发射出一定频率的超声波经过换能器后将电信号转变为机械振动信号，在通过变幅杆进行放大后达到迫使变刚度气压砂轮不断高频抛光；CCD监控装置中使用三个CCD摄像头，彼此成120°夹角，通过铰连接件)和可调节微动转动头控制CCD摄像头的拍摄范围，通过CCD摄像头的监控变刚度气压砂轮和被加工工件表面的接触面积，控制二者贴合面可以随着工件曲率的变化实时改变；机械臂连接到其控制装置通过编程控制变刚度气压砂轮的位姿，使得变刚度气压砂轮与机械臂末端的夹角可以调整，辅助变刚度气压砂轮进行随形抛光。4.一种如权利要求1所述的常压等离子喷射辅助变刚度气压砂轮随形抛光装置的抛光方法，其特征在于，所述抛光方法包括以下步骤：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，何瑛俏，计时鸣，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33