[發(fā)明專利]一種帶有可調(diào)夾具的單向超聲振動(dòng)平臺(tái)及其操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110395361.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN113182946B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁文鋒;曹洋;邱雨桐;黃強(qiáng);徐九華;傅玉燦;蘇宏華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/04
• 分類號(hào): B24B1/04;B24B41/06;B24B27/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

1.一種帶有可調(diào)夾具的單向超聲振動(dòng)平臺(tái)，其特征在于，該平臺(tái)包括帶有可調(diào)夾具的二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)、固定支腳、超聲波換能器；其中二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)一個(gè)側(cè)面中心位置與超聲換能器連接；二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)水平放置，承載面固定一組可調(diào)夾具；可調(diào)夾具將待加工零件固定于平臺(tái)中心縱振區(qū)域內(nèi)；可調(diào)夾具采取不完全定位方式，共限制待加工零件五個(gè)自由度；

所述的二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)側(cè)面存在通孔，與超聲振動(dòng)方向平行的側(cè)面上通孔均勻分布；與超聲振動(dòng)方向垂直的側(cè)面上通孔均勻分布在中心螺紋孔的兩側(cè)；所有通孔直徑相等，孔徑和孔距的計(jì)算由表觀彈性法得到，一方面用于控制平臺(tái)的振動(dòng)模態(tài)，另一方面可以減小平臺(tái)體積；

所述二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)側(cè)面的通孔大小與分布距離，選擇方式如下：

首先，計(jì)算平板側(cè)邊開孔后的等效彈性模量，等效彈性模量主要有X和Y兩個(gè)方向，平板側(cè)面孔的方向也包含分別沿著X和Y方向的孔，所以，該等效彈性模量的計(jì)算包含四個(gè)方面：

(1)沿著X方向的孔對(duì)X方向的等效彈性模量的影響K_XX；

(2)沿著X方向的孔對(duì)Y方向等效彈性模量的影響K_XY；

(3)沿著Y方向的孔對(duì)X方向等效彈性模量的影響K_YX；

(4)沿著Y方向的孔對(duì)Y方向等效彈性模量的影響K_YY；

因此開孔后平板在兩個(gè)方向上的等效彈性模量E_X和E_Y可以表示為：

E_X＝K_XXK_YXE (5)

E_Y＝K_XXK_YXE (6)

其中m、n分別為平板側(cè)邊沿著Y，X方向的孔，r_X、r_Y分別為平板側(cè)邊沿著Y，X方向的孔半徑，l_X和l_Y分別為平板的長(zhǎng)和寬，h為平板厚，E_X和E_Y分別為平板X方向和Y方向的等效彈性模量；

然后，將得到的等效彈性模量帶入傳統(tǒng)表觀彈性法中，可以得到平板長(zhǎng)、寬以及孔徑、孔距之間的關(guān)系如下：

n_Xn_Y＝1 (9)

其中f為超聲頻率，ρ為平板材料密度，n_X、n_Y為振動(dòng)耦合系數(shù)，K_X和K_Y為平板內(nèi)沿著X、Y方向的半波數(shù)；

然后，依據(jù)理論計(jì)算的結(jié)果初設(shè)孔徑和孔數(shù)，然后在三維軟件中進(jìn)行建模，利用有限元法對(duì)平板進(jìn)行模態(tài)分析，并優(yōu)選使得中心區(qū)域X方向振動(dòng)區(qū)域范圍最大，從而確定超聲振動(dòng)平臺(tái)的尺寸參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可調(diào)夾具的單向超聲振動(dòng)平臺(tái)，其特征在于，二維多孔振動(dòng)平臺(tái)上下承載面分別對(duì)稱固定一組相同的可調(diào)夾具和工件，非加工承載面的工件作為匹配塊，其規(guī)格和形狀與工件相同，用來抑制其他方向的振動(dòng)，以減小不同零件對(duì)整個(gè)二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)的影響。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可調(diào)夾具的單向超聲振動(dòng)平臺(tái)，其特征在于，可調(diào)夾具包括兩個(gè)梯形滑塊及四個(gè)楔塊，兩個(gè)梯形滑塊的上底朝外相向布置、上底朝內(nèi)相對(duì)布置，而楔塊反之，則每個(gè)梯形滑塊的斜面相對(duì)地布置兩個(gè)楔塊；梯形滑塊斜面作為漸變結(jié)構(gòu)用來平穩(wěn)傳遞振動(dòng)，楔塊作為傳力元件，使用螺栓連接梯形滑塊、楔塊與平臺(tái)，整體構(gòu)成斜楔夾緊機(jī)構(gòu)，且斜面傾角保證夾緊后可以自鎖。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可調(diào)夾具的單向超聲振動(dòng)平臺(tái)，其特征在于，二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)承載面的中心縱振區(qū)內(nèi)均布通孔，孔徑與孔距分析過程如下：

(1).平板縱向開孔的方法主要利用有限元法，在側(cè)面開孔結(jié)論中可以得到中心區(qū)域的X方向單一振動(dòng)的范圍，在單一振動(dòng)范圍內(nèi)均勻布置縱向孔；

(2).通過有限元對(duì)開孔后的平臺(tái)進(jìn)行模態(tài)分析，在保證頻率變換量小于5％的范圍內(nèi)，取平臺(tái)中心區(qū)域X方向單一振動(dòng)區(qū)域最大的結(jié)果，由此確定平臺(tái)縱向開孔參數(shù)。

5.權(quán)利要求1所述的帶有可調(diào)夾具的單向超聲振動(dòng)平臺(tái)的操作方法，其特征在于，工件固定于兩個(gè)梯形滑塊之間，兩個(gè)滑塊沿超聲振動(dòng)方向移動(dòng)，覆蓋整個(gè)平臺(tái)縱振區(qū)，實(shí)現(xiàn)一組相似零件尺寸的無級(jí)調(diào)節(jié)；平臺(tái)上產(chǎn)生二維耦合振動(dòng)形成中心區(qū)域單一縱向的振動(dòng)區(qū)域，由于工件被可調(diào)夾具固定在二維多孔超聲振動(dòng)平臺(tái)的中心區(qū)域，所以工件上可產(chǎn)生單一縱向振動(dòng)。