[發(fā)明專(zhuān)利]一種單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)微細(xì)加工工作平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410740289.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104440140A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷振;曹自洋;郭麗華;李華;汪幫富;楊建鋒;吳永芝;劉義生;陳玉榮;黃強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州科技學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): B23Q1/26
• 分類(lèi)號(hào): B23Q1/26;B23Q5/34;B06B1/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)到硬脆難加工材料的微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用單電信號(hào)激勵(lì)產(chǎn)生超聲橢圓振動(dòng)進(jìn)行輔助加工的微細(xì)加工工作平臺(tái)。

背景技術(shù)

硬脆難加工材料的高效高質(zhì)高可靠性加工迄今在國(guó)際上仍然是一個(gè)難題。硬脆材料的典型特征是脆性高，斷裂韌性低，彈性極限與強(qiáng)度非常接近，加工時(shí)，當(dāng)材料承受的載荷超過(guò)彈性極限，就會(huì)發(fā)生斷裂破壞，在已加工表面形成裂紋和凹坑，嚴(yán)重影響其表面質(zhì)量、加工效率和材料可靠性。為了解決這類(lèi)材料的加工難題，各國(guó)制造領(lǐng)域紛紛開(kāi)發(fā)新型刀具材料、研制新的加工設(shè)備、試驗(yàn)新的加工方法，力圖提高該類(lèi)材料的加工效率和加工可靠性。

為了以低成本有效的方式解決硬脆材料的超精密加工技術(shù)問(wèn)題，超聲振動(dòng)被應(yīng)用到加工加工中，國(guó)內(nèi)外廣泛的研究已經(jīng)證實(shí)了超聲振動(dòng)加工在提高材料去除率、提高加工表面質(zhì)量與加工精度、降低工件表面損傷以及延長(zhǎng)砂輪壽命等方面顯示了一定的優(yōu)越性。為了充分發(fā)揮超聲振動(dòng)加工的優(yōu)點(diǎn)，不同類(lèi)型的二維超聲振動(dòng)加工技術(shù)被日本與中國(guó)學(xué)者先后提出。2007年趙波等人提出的一種用于大型結(jié)構(gòu)件加工的二維超聲振動(dòng)輔助加工裝置，將兩方向的超聲振動(dòng)分別通過(guò)兩臺(tái)發(fā)生器施加到工件上，雖然在加工效率以及加工質(zhì)量等諸多方面表現(xiàn)了優(yōu)異的性能，但是該技術(shù)在加工中存在著當(dāng)負(fù)載、溫度切削條件等變化時(shí)振速不穩(wěn)定的現(xiàn)象，且振速的不穩(wěn)定將會(huì)導(dǎo)致超聲加工中的諧振頻率漂移、振動(dòng)振幅降低、加工效率降低、加工質(zhì)量不穩(wěn)定等一系列問(wèn)題，而其諧振狀態(tài)的調(diào)節(jié)涉及到兩臺(tái)超聲波發(fā)生器及換能器與工件的匹配，實(shí)施起來(lái)比較困難。

為了克服上述超聲振動(dòng)加工技術(shù)和超聲橢圓振動(dòng)技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明利用新型單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)技術(shù)，提供了一種微細(xì)加工工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)和微小工件的超聲橢圓振動(dòng)，該技術(shù)提高了超聲橢圓振動(dòng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，適用范圍廣、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便，能夠進(jìn)一步提高硬脆材料微小零件的加工效率和加工質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新型的單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)微細(xì)加工工作平臺(tái)，目的是為了克服現(xiàn)有超聲振動(dòng)工作平臺(tái)中存在的不足，簡(jiǎn)化超聲橢圓振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、減低成本、降低控制難度、提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性、提高硬脆材料微小零件的加工效率和加工質(zhì)量。

一種單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)微細(xì)加工工作平臺(tái)，包括隔振平臺(tái)、通過(guò)螺栓聯(lián)接在隔振平臺(tái)上方的橫向移動(dòng)工作平臺(tái)、通過(guò)螺栓聯(lián)接在橫向移動(dòng)工作平臺(tái)上方的縱向移動(dòng)工作平臺(tái)、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器、設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的小型工作平臺(tái)和超聲波電源。在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端下方設(shè)置有輔助支撐，在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和輔助支撐之間設(shè)置有滾動(dòng)支撐體。所述的殼體單元通過(guò)螺栓聯(lián)接在縱向移動(dòng)工作平臺(tái)的上方，所述的殼體單元包括前擋板、套筒和后擋板；所述的超聲振動(dòng)換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設(shè)置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤(pán)，后蓋板和前蓋板通過(guò)螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊，構(gòu)成了超聲振動(dòng)換能器的能量轉(zhuǎn)換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)換能器的縱向超聲振動(dòng)。

所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與前蓋板制作成一個(gè)整體設(shè)置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器焊接設(shè)置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器通過(guò)螺釘聯(lián)接設(shè)置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器整體為圓柱形，前后兩側(cè)開(kāi)設(shè)有三個(gè)錯(cuò)位分布的矩形缺口；橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端與小型工作臺(tái)及滾動(dòng)支撐體接觸的部位為平面結(jié)構(gòu)；在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與超聲換能器前蓋板的聯(lián)接處設(shè)有過(guò)渡圓弧。

橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在超聲振動(dòng)換能器前端后構(gòu)成的組合件稱(chēng)為單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器，在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器前后兩側(cè)開(kāi)設(shè)矩形缺口的目的是為了改變單電信號(hào)激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的振動(dòng)模態(tài)，使其縱向振動(dòng)模態(tài)頻率和彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率接近或相等。

小型工作平臺(tái)通過(guò)焊接、聯(lián)接螺釘或壓板機(jī)構(gòu)聯(lián)接設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端；當(dāng)超聲振動(dòng)能量從超聲振動(dòng)換能器傳遞到橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)；并驅(qū)動(dòng)小型工作平臺(tái)和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動(dòng),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)小型工作臺(tái)上的工件進(jìn)行超聲橢圓振動(dòng)。