CN103769958B - 一种超声振动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声振动平台，包括承载板，所述承载板上设置有振动平台基体，所述振动平台基体的内部设置有振动板，所述振动板的一侧连接有发出振动的超声驱动装置，所述振动板的上表面设置有用于安装夹具的安装孔点阵，将固定有工件的所述夹具安装于预设定的所述安装孔点阵上以使得工件定位方向与超声振动方向成预设定角度。本发明由单一驱动源驱动，以二维极坐标为工作坐标的超声振动平台，工作过程中工件的加工定位方向与超声振动方向成一定角度，并且能够对角度进行调整的，能够对工件进行各个方位的加工；本发明设置有可拆卸的水槽，能够根据实际工作情况对工件进行湿磨削或干磨削。

Description

一种超声振动平台

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，更具体的涉及一种超声振动平台。

背景技术

特种加工是指不属于传统加工工艺范畴的加工方法，他不同于使用道具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法，泛指使用电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。特种加工是近几十年来发展起来的新工艺，是对传统加工工艺方法的重要补充与发展，目前仍在继续研究与发展中。

随着科技与生产的发展，脆硬材料(如钕铁硼永磁材料、工程陶瓷、光学玻璃等)在航空航天、国防工业、现代医学及生物工程技术等领域中的应用日趋广泛。由于脆硬材料的脆性较大，加工时在磨粒作用下易发生断裂，因此其加工机理比金属材料加工更为复杂。近几十年来，众多学者对脆性材料去除机理进行了研究结果表明，超声振动塑性磨削与普通塑性磨削材料去除机理不同，超声振动塑性磨削除了使材料剪切破坏外，还使材料在高频振动下发生疲劳破坏，加速材料的去除，故比普通磨削效率更高。

实现超声振动塑性磨削的条件不仅与磨削深度有关，还与振幅和频率有关，超声磨削加工能够综合超声波加工和高速磨削加工的特点，有效改善工件的表面质量。超声磨削加工是近几十年来逐步发展和应用的一种新型加工方法，不仅能加工硬质合金、淬火钢等硬脆金属材料，而且更适合于半导体和不导电的非金属硬脆性材料的精密加工和成型加工。在脆硬材料的精密加工中，超声磨削加工具有普通加工方法无法比拟的工艺效果。

尽管国内外多家研究机构都进行了相关方面的实验探究工作，但是，目前适用于此项加工技术的超声辅助振动平台设计理论及方案还都不够成熟。现有技术中适用于超声辅助微细加工的振动平台多数都采用以下两种设计方案：

1）一维超声辅助微细加工平台，此类超声微细加工平台多以传统变幅杆式超声发生器作为驱动装置，变幅杆式超声振动发生器不能够对所加超声信号的频率和振幅进行可调操作，采用向工件上施加超声的形式进行超声辅助微细加工；

2）二维超声辅助微细加工平台，通过调节两个驱动部件所加超声信号的参数来实现对工件的“二维直角坐标系”的平面加工；该加工平台具有平台结构简单，实验操作简便易行，能够达到实验要求，并且实验效果显著改善；但该平台设备功能相对较少，只能进行特定工件的微细实验加工，多作为常规精加工机床的附件使用，精密加工工况条件难以实现。所以，此类设备多数作为超声辅助微细加工进一步实验研究之用。

综上所述，尽管国内外学者已经在超声振动磨削及其相近领域取得了一些研究成果，但由于超声辅助微细加工技术较为复杂，仍存在一些关键问题尚未解决，如高稳定性，高精度，极具实用性的振动平台的设计问题。目前，该技术领域急需一种适用范围广、性能稳定、操作简便而且加工精度高的二维超声振动平台。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种由单一驱动源驱动，工件的定位方向与超声振动方向成一定角度，并能够对角度进行调整的超声振动平台。

本发明的另一个目的在于提出一种设置有可拆卸的水槽，能够根据实际需求对工件进行干磨削或湿磨削的超声震动平台。

为达此目的本发明采用以下技术方案：

一种超声振动平台，包括承载板，所述承载板上设置有振动平台基体，所述振动平台基体的内部设置有振动板，所述振动板的一侧连接有发出振动的超声驱动装置，所述振动板的上表面设置有用于安装夹具的安装孔点阵，将固定有工件的所述夹具安装于预设定的所述安装孔点阵上以使得工件定位方向与超声振动方向成预设定角度。

进一步的，所述振动板上的另一侧通过弹簧片以高副的形式连接有微调装置。

进一步的，所述承载板的上表面安装有用于检测所述振动平台基体受力情况的实时检测装置；所述振动平台基体固定安装于所述实时检测装置的上方，并与所述实时检测装置相接触。

优选的，所述超声振动平台基体包括底板、左侧板、右侧板、前侧板和后侧板；所述底板上设置有凹槽，所述左侧板、右侧板、前侧板、后侧板上设置有与所述凹槽相适配的凸板，所述左侧板、右侧板、前侧板、后侧板通过所述凹槽和凸板设置于所述底板上；所述左侧板、右侧板、前侧板和后侧板之间通过螺钉或螺栓进行固定。

进一步的，所述底板的上表面设置有用于固定和支承所述振动板的直线滚动单元，所述直线滚动单元对所述振动板进行导向。

进一步的，所述振动板的上表面可拆卸设置有水槽，所述水槽沿所述振动板的边沿设置。

进一步的，所述超声驱动装置为压电叠层作动器。

进一步的，所述微调装置为螺钉微调系统，所述弹簧片通过滑条与微调螺钉连接在一起；所述螺钉微调系统通过调整微调螺钉实现对所述振动板的位置进行调整。

优选的，所述弹簧片为弓形弹簧片。

进一步的，所述振动板上的安装孔点阵包含有8个安装孔。

本发明的有益效果为：

（1）本发明提出了一种由单一驱动源驱动，以二维极坐标为工作坐标的超声振动平台，工作过程中的工件的加工定位方向与超声振动方向成一定角度，并且能够对角度进行调整的，能够对工件进行各个方位的加工；

（2）本发明提供了一种设置有可拆卸水槽的超声振动平台，能够根据实际工作情况对工件进行湿磨削或干磨削。

附图说明

图1是本发明提供的超声振动平台的体力结构示意图；

图2是本发明提供的超声振动平台主视图；

图3是本发明提供的超声振动平台俯视图；

图4是本发明提供的振动板的立体结构示意图；

图5是本发明提供的振动板的俯视图；

图6是本发明安装孔点阵确定原理图。

图中：

1、承载板；2、实时检测装置；3、振动平台基体；31、底板；32、左侧板；33、右侧板；34、前侧板；35、后侧板；4、直线滚动单元；5、振动板；51、沉头孔；6、弹簧片；7、微调装置；8、滑条；9、超声驱动装置；10、夹具；11、水槽；12、微调装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，结合图2和图3，是本发明提供的一种超声振动平台，包括承载板1，所述承载板1的上方设置有实时检测装置2，所述实时检测装置2的一端与所述承载板1相连接，另一端与振动平台基体3相连接，所述实时检测装置2优选为测力仪，用于检测所述振动平台基体3的受力情况。

所述振动平台基体3包括底板31、左侧板32、右侧板33、前侧板34和后侧板35；所述底板31上设置有凹槽，所述左侧板32、右侧板33、前侧板34、后侧板35上设置有与所述凹槽相适配的凸板，所述左侧板32、右侧板33、前侧板34、后侧板35通过所述凹槽和凸板相配合设置于所述底板31上；所述左侧板32、右侧板33、前侧板34和后侧板35之间通过螺钉或螺栓进行固定。

所述底板31的上表面固定有直线滚动单元4，所述直线滚动单元4优选为THK直线滚动单元，所述直线滚动单元4用于对振动板5进行固定和支承，同时对所述振动板5进行导向，所述THK直线滚动单元使用配套的说明书进行安装，并配合使用相应的润滑装置和防护装置，保证所述THK直线滚动单元保持良好的工作状态。

所述振动板5通过沉头螺钉固定于所述直线滚动单元4上，所述振动板5的右侧连接有发出振动的超声驱动装置9，所述超声驱动装置9选用压电叠层作动器，压电叠层作动器能够对发出的超声信号进行频率和振幅的调节，所述压电叠层作动器通过螺钉与所述振动板5相连接。所述振动板5的上表面上设置有用于安装夹具10的安装孔点阵，将固定有工件的所述夹具10安装于预设定的所述安装孔点阵上以使得工件定位方向与超声振动方向成预设定角度。

所述振动板5的左侧设置有微调装置7，所述微调装置7优选为螺钉微调系统；所述振动板5通过弹簧片6以高副的形式连接有所述微调装置7，所述弹簧片6优选为弓形弹簧片。所述弹簧片6通过滑条8与所述螺钉微调系统中的微调螺钉12相连接，通过调节所述微调螺钉12实现对所述振动板5的位置进行调节。

所述振动板5的上表面上设置有可拆卸的水槽11，所述水槽11沿振动板5的边沿设置。当设置有水槽11时，可对工件进行湿加工；当把水槽11拆卸下来时可将超声振动平台用于对工件进行干加工。

如图4和图5所示，是本发明提供的振动板5，所述振动板5的上表面上设置有安装孔点阵，所述安装孔点阵包含有8个安装孔A、B、C、D、E、F、G、H，还包含有4个用于与所述直线滚动单元4相连接固定的沉头孔51。从A-H8个安装孔中选出4个欲设定的安装孔，将夹具10安装固定于选定的4个安装孔上，能够实现夹具和工件能够以15°等间隔沿安装孔点阵的几何中心旋转安装。

如图6所示，是本发明中安装孔点阵确定的原理，在直角坐标系中，建立一个单位圆O，再以该圆与X轴正向交点A为圆心，AB长为半径，分别绘制出以B、C、D为圆心的各圆，与圆A构成一组等半径的圆，标记出在圆O内，各个圆的交点E、F、G和H。点A-H这八个点即为所要加工的安装孔，由此A-H这8个孔组成的图形为安装孔点阵，便可以实现圆周范围内的15度等分操作。例如，超声振动向沿X轴方向进行，则只需在A-H这八点组成的安装孔点阵中找到合适的两点连线，将夹具10沿该连线定位于振动板5上，即可实现工件与超声振动方向的圆周范围内的15度分度等分操作（图中直线CA、CE、CF、CB、BF、BG、BD、BH、BE、AB、AE、AF、AC就可实现与X轴的180度范围内的15度分度，依据图形对称性可以实现圆周范围内的等分操作）。

表1安装孔点阵安装布置表

表1为本发明安装孔点阵安装布置表，如表1所示，结合图6，当要使工件与振动方向呈30度进行加工时，假设超神振动方向沿X轴方向，只需将安装有工件的夹具10的一个边固定在孔C、F的连线上，夹具10的另一边固定在孔A、H所在的连线上即可。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超声振动平台，包括承载板(1)，所述承载板(1)上设置有振动平台基体(3)，所述振动平台基体(3)的内部设置有振动板(5)，其特征在于：所述振动板(5)的一侧连接有发出振动的超声驱动装置(9)，所述振动板(5)的上表面设置有用于安装夹具(10)的安装孔点阵，将固定有工件的所述夹具(10)安装于预设定的所述安装孔点阵上以使得工件定位方向与超声振动方向成预设定角度；

所述振动板(5)的另一侧通过弹簧片(6)以高副的形式连接有微调装置(7)；

所述超声振动平台基体(3)包括底板(31),所述底板(31)的上表面设置有用于固定和支承所述振动板(5)的直线滚动单元(4)，所述直线滚动单元对所述振动板(5)进行导向。

2.根据权利要求1所述的一种超声振动平台，其特征在于：所述承载板(1)的上表面安装有用于检测所述振动平台基体(3)受力情况的实时检测装置(2)；

所述振动平台基体(3)固定安装于所述实时检测装置(2)的上方，并与所述实时检测装置(2)相接触。

3.根据权利要求2所述的一种超声振动平台，其特征在于：所述超声振动平台基体(3)包括底板(31)、左侧板(32)、右侧板(33)、前侧板(34)和后侧板(35)；

所述底板(31)上设置有凹槽，所述左侧板(32)、右侧板(33)、前侧板(34)、后侧板(35)上设置有与所述凹槽相适配的凸板，所述左侧板(32)、右侧板(33)、前侧板(34)、后侧板(35)通过所述凹槽和凸板相配合设置于所述底板(31)上；

所述左侧板(32)、右侧板(33)、前侧板(34)和后侧板(35)之间通过螺钉或螺栓进行固定。

4.根据权利要求1所述的一种超声振动平台，其特征在于：所述振动板(5)的上表面可拆卸设置有水槽(11)，所述水槽(11)沿所述振动板(5)的边沿设置。

5.根据权利要求1所述的一种超声振动平台，其特征在于：所述超声驱动装置(9)为压电叠层作动器。

6.根据权利要求1所述的一种超声振动平台，其特征在于：所述微调装置(7)为螺钉微调系统，所述弹簧片(6)通过滑条(8)与微调螺钉(12)连接在一起；

所述螺钉微调系统通过调整微调螺钉(12)实现对所述振动板(5)的位置进行调整。

7.根据权利要求1所述的一种超声振动平台，其特征在于：所述弹簧片(6)为弓形弹簧片。

8.根据权利要求1所述的一种超声振动平台，其特征在于：所述振动板(5)上的安装孔点阵包含有8个安装孔。