【摘要】：先進制造和高端裝備產(chǎn)品的完成都需要表面拋光技術(shù),在手機通訊、汽車制造、航天航海等高新技術(shù)領(lǐng)域中,微結(jié)構(gòu)元件的表面質(zhì)量在設(shè)備完成重大任務(wù)時扮演著重要角色,如何提高重要元器件的微納結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量成為急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題�，F(xiàn)有的表面拋光技術(shù),如超聲橢圓振動拋光、氣囊拋光技術(shù)和激光拋光技術(shù)等雖然技術(shù)比較成熟,但是普遍存在裝置設(shè)計復(fù)雜等缺點。本文創(chuàng)新性的將橢圓振動應(yīng)用于工件表面的拋光上,區(qū)別于超聲橢圓振動,本文采用的是利用壓電疊堆通過柔性鉸鏈直接驅(qū)動拋光磨頭,對正交放置的壓電疊堆施加正弦信號,此信號具有一定的相位差,使其帶動拋光磨頭完成橢圓拋光運動。橢圓振動拋光一方面可以有效的提高工件表面的表面質(zhì)量,另一方面也可以通過提高拋光頻率有效的提高拋光效率。本文設(shè)計了兩種橢圓振動拋光裝置:二維橢圓振動拋光裝置和三維橢圓振動拋光裝置。設(shè)計了兩種鉸鏈結(jié)構(gòu)并通過ANSYS軟件進行了靜力學分析、模態(tài)分析,避免了耦合現(xiàn)象和共振現(xiàn)象的發(fā)生。嘗試性的加工了一種二維橢圓振動拋光裝置,通過對鋁合金和黃銅表面拋光實驗,驗證了橢圓振動拋光裝置能有效地降低拋光工件的表面粗糙度。本文具體主要內(nèi)容如下:首先,設(shè)計了橢圓振動拋光裝置,該裝置直接利用正交放置的壓電疊堆驅(qū)動拋光磨頭配合超精密機床進行拋光,使得拋光過程更加簡潔,拋光工件的表面更加光滑。主要對橢圓振動拋光的理論進行了分析,主要包括橢圓運動的原理、柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)分析以及壓電疊堆驅(qū)動方法的研究,設(shè)計了兩種拋光裝置,并嘗試加工了二維橢圓振動拋光裝置。其次,對二維橢圓振動拋光裝置進行了性能測試,通過使用Newport RS4000氣浮隔振臺、Microsense II5300電容式位移傳感器、壓電疊堆、功率放大器、PMAC運動控制卡、Siemens工控機以及推拉力計等實驗設(shè)備,對實驗室噪聲、裝置的剛度、裝置的固有頻率進行了檢測,通過檢測驗證了裝置設(shè)計的可靠性。最后,通過二維橢圓振動拋光裝置對鋁、黃銅和紫銅三種工件進行了拋光實驗,通過對工件表面質(zhì)量的檢測,驗證了二維橢圓振動拋光可以降低工件表面的粗糙度,并且用兩種不同材料(羊毛和橡膠)的拋光磨頭對紫銅進行了拋光對比實驗,相同拋光條件下羊毛磨頭拋出的工件表面粗糙度更低,驗證了拋光磨頭的材料對工件表面的粗糙度也有一定的影響。
[Abstract]:Both advanced manufacturing and the completion of high-end equipment products require surface polishing technology. In high-tech fields such as mobile phone communications, automobile manufacturing, aerospace and navigation, the surface quality of microstructural components plays an important role in the completion of major tasks for the equipment. How to improve the surface quality of micro-nano structure of important components has become a key technical problem that needs to be solved urgently. The existing surface polishing techniques, such as ultrasonic elliptical vibration polishing, air bag polishing and laser polishing, are mature, but the device design is complex. In this paper, the elliptical vibration is innovatively applied to the polishing of workpiece surface, which is different from ultrasonic elliptic vibration. In this paper, the piezoelectric stack is used to drive the polishing grinding head directly through the flexure hinge, and the sinusoidal signal is applied to the orthonormal stacked piezoelectric stack. This signal has a certain phase difference, which drives the polishing head to finish the elliptical polishing motion. On the one hand, elliptical vibration polishing can effectively improve the surface quality of the workpiece, on the other hand, it can effectively improve the polishing efficiency by increasing the polishing frequency. In this paper, two kinds of elliptical vibration polishing devices are designed: two dimensional elliptical vibration polishing device and three dimensional elliptical vibration polishing device. Two kinds of hinge structures are designed and statically analyzed by ANSYS software, modal analysis is carried out to avoid coupling phenomenon and resonance phenomenon. A two-dimensional elliptical vibration polishing device was fabricated. The experiments on the surface polishing of aluminum alloy and brass proved that the elliptical vibration polishing device can effectively reduce the surface roughness of the polished workpiece. The main contents of this paper are as follows: firstly, the elliptical vibration polishing device is designed. The device directly uses the piezoelectric stack driven polishing head to polishing with ultra-precision machine tools, which makes the polishing process more concise. The surface of the polished workpiece is smoother. The theory of elliptical vibration polishing is analyzed, including the principle of elliptical motion, the structure analysis of flexure hinge and the research of piezoelectric stack driving method. Two polishing devices are designed. The two-dimensional elliptical vibration polishing device is also tried to be machined. Secondly, the performance of 2-D elliptical vibration polishing device is tested by using microsense II5300 capacitive displacement sensor, piezoelectric stack, power amplifier PMAC-motion control card, Siemens industrial control computer and push-pull dynamometer, etc., using Newport RS4000 air floatation vibration isolator, micro sense II5300 capacitive displacement sensor, piezoelectric stack, power amplifier, PMAC motion control card, and push-pull dynamometer, etc. The laboratory noise, the stiffness of the device and the natural frequency of the device are tested, and the reliability of the device design is verified. Finally, three kinds of workpieces, aluminum, brass and red copper, are polished by using a two-dimensional elliptical vibration polishing device. It is proved that the two-dimensional elliptical vibration polishing can reduce the surface roughness of the workpiece by testing the surface quality of the workpiece. A comparative polishing experiment was carried out with two polishing heads of different materials (wool and rubber). Under the same polishing conditions, the surface roughness of the workpiece thrown by the wool grinding head was lower than that of the other. It is verified that the material of polishing grinding head also has certain influence on the roughness of workpiece surface.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG580.2

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本文編號：2234998