[實用新型]一種單電信號激勵超聲橢圓振動微細加工工作平臺

有效

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• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN204321616U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 伯潔;殷振;曹自洋;郭麗華;楊建鋒;李艷;汪幫富;劉義生;柏永婷;吳程紅
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: B23Q1/26
• 分類號: B23Q1/26;B23Q5/34;B06B1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型設計到硬脆難加工材料的微細加工技術領域，尤其是涉及一種利用單電信號激勵產(chǎn)生超聲橢圓振動進行輔助加工的微細加工工作平臺。

背景技術

硬脆難加工材料的高效高質(zhì)高可靠性加工迄今在國際上仍然是一個難題。硬脆材料的典型特征是脆性高，斷裂韌性低，彈性極限與強度非常接近，加工時，當材料承受的載荷超過彈性極限，就會發(fā)生斷裂破壞，在已加工表面形成裂紋和凹坑，嚴重影響其表面質(zhì)量、加工效率和材料可靠性。為了解決這類材料的加工難題，各國制造領域紛紛開發(fā)新型刀具材料、研制新的加工設備、試驗新的加工方法，力圖提高該類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問題，超聲振動被應用到加工加工中，國內(nèi)外廣泛的研究已經(jīng)證實了超聲振動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)揮超聲振動加工的優(yōu)點，不同類型的二維超聲振動加工技術被日本與中國學者先后提出。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輔助加工裝置，將兩方向的超聲振動分別通過兩臺發(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，但是該技術在加工中存在著當負載、溫度切削條件等變化時振速不穩(wěn)定的現(xiàn)象，且振速的不穩(wěn)定將會導致超聲加工中的諧振頻率漂移、振動振幅降低、加工效率降低、加工質(zhì)量不穩(wěn)定等一系列問題，而其諧振狀態(tài)的調(diào)節(jié)涉及到兩臺超聲波發(fā)生器及換能器與工件的匹配，實施起來比較困難。

為了克服上述超聲振動加工技術和超聲橢圓振動技術中存在的不足，本實用新型利用新型單電信號激勵超聲橢圓振動技術，提供了一種微細加工工作平臺，實現(xiàn)工作平臺和微小工件的超聲橢圓振動，該技術提高了超聲橢圓振動系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，適用范圍廣、性能穩(wěn)定、操作簡便，能夠進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

本實用新型提供了一種新型的單電信號激勵超聲橢圓振動微細加工工作平臺，目的是為了克服現(xiàn)有超聲振動工作平臺中存在的不足，簡化超聲橢圓振動系統(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。

一種單電信號激勵超聲橢圓振動微細加工工作平臺，包括隔振平臺、通過螺栓聯(lián)接在隔振平臺上方的橫向移動工作平臺、通過螺栓聯(lián)接在橫向移動工作平臺上方的縱向移動工作平臺、殼體單元、置于殼體單元內(nèi)的超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器、設置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的小型工作平臺和超聲波電源。在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端下方設置有輔助支撐，在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和輔助支撐之間設置有滾動支撐體。所述的殼體單元通過螺栓聯(lián)接在縱向移動工作平臺的上方，所述的殼體單元包括前擋板、套筒和后擋板；所述的超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設置有與殼體單元聯(lián)接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、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轉(zhuǎn)換為超聲振動換能器的縱向超聲振動。

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

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

小型工作平臺通過焊接、聯(lián)接螺釘或壓板機構(gòu)聯(lián)接設置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端；當超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復合超聲橢圓振動；并驅(qū)動小型工作平臺和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動,進而驅(qū)動小型工作臺上的工件進行超聲橢圓振動。