CN104624463B - 一种二维超声振动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维超声振动平台，涉及特种加工技术领域。目的在于解决普通微铣床加工硬脆材料存在切削力大、刀具磨损严重的问题。包括承载板、下振动板、上振动板、直线运动导轨、弓形弹簧片、微调装置、超声电源、超声变幅杆、超声换能器。承载板的底部通过螺栓直接固定在机床的平台上，下振动板安装在承载板上。上、下振动板的一侧中部连接有振动子，振动板的另一侧中部设有弓形弹簧片，所述弓形弹簧片的两端固定在微调装置的输出端。所述变幅杆和所述换能器通过螺纹连接组成振动子。通过振动子产生超声振动带动上、下振动板振动，并且可以根据不同需要耦合出不同运动轨迹，可移植性强，适合在振动铣削或其他振动筛选等领域推广。

Description

一种二维超声振动平台

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，特别是一种二维超声振动铣削工作台。

背景技术

目前，一些脆硬材料如陶瓷、硅、金刚石和光学玻璃，在航天、航空、汽车、冶金、机械加工等领域得到越来越广泛的应用，对这类材料的铣削还存在刀具磨损严重、发热量大、加工效率低等问题，所以探索一种既能利用铣削优点又能加工硬脆材料的方法势在必行，解决上述问题的一种可行性方法就是在微铣床上加上超声振动。

超声加工又分为传统意义上的超声加工与超声辅助加工。传统的超声加工是通过悬浮磨料的锤击、磨蚀和撕扯以及磨料悬浮液的空化作用来对工件表面进行加工。它在加工硬脆材料方面具有一定的优势，但其工具磨损较大，且材料去除率并不高。而超声辅助加工是在超声加工的基础上发展起来的一种加工方式，它既利用了超声加工技术的优点又能减小工具的磨损提高材料去除率。

目前针对超声振动辅助铣削的研究，多为一维结构，将超声振动加在主轴上带动刀具振动。这种方法对主轴改动较大，并且移植性差。为了克服和改进上述缺点，提出在两个方向加上超声振动的二维超声振动平台。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在两个方向上加上超声振动的二维超声振动平台。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种二维超声振动平台，包括从下至上依次设置的承载板、下振动板和上振动板；所述下振动板通过X向直线运动导轨与所述承载板连接；在X方向上，所述下振动板的一侧中部连接有X向振动子，所述下振动板的另一侧中部设有X向弓形弹簧片，所述X向弓形弹簧片的两端固定在X向微调装置的输出端，所述X向弓形弹簧片的中心线与所述X向微调装置的中心线重合，所述X向弓形弹簧片的最高点与所述下振动板的侧面接触；所述X向振动子由同轴固接的X向超声换能器和X向超声变幅杆组成，所述X向超声变幅杆与所述下振动板连接，所述X向超声变幅杆固定在所述承载板上；所述上振动板通过Y向直线运动导轨与所述下振动板连接；在Y方向上，所述上振动板的一侧中部连接有Y向振动子，所述上振动板的另一侧中部设有Y向弓形弹簧片，所述Y向弓形弹簧片的两端固定在Y向微调装置的输出端，所述Y向弓形弹簧片的中心线与所述Y向微调装置的中心线重合，所述Y向弓形弹簧片的最高点与所述上振动板的侧面接触；所述Y向振动子由同轴固接的Y向超声换能器和Y向超声变幅杆组成，所述Y向超声变幅杆与所述上振动板连接，所述Y向超声变幅杆固定在所述下振动板上。

所述X向超声换能器和所述Y向超声换能器均为夹心式压电陶瓷换能器。

所述X向超声变幅杆和所述Y向超声变幅杆结构相同，均采用带过渡圆弧的阶梯形，并在节点处设有连接法兰盘。

所述夹心式压电陶瓷换能器设有超声电源，所述夹心式压电陶瓷换能器包括从后至前依次设置的后盖板、多个并联的压电陶瓷片和前盖板，每片压电陶瓷设有正负两个铜电极，所述铜电极通过导线与所述超声电源连接，所述前盖板采用轻金属制成，所述后盖板采用重金属制成并采用阶梯形结构。

所述X向直线运动导轨和所述Y向直线运动导轨均采用滚动摩擦导轨。

本发明具有的优点和积极效果是：通过采用在X、Y两个方向上加装超声振动子的结构，避免了对主轴的改动，使设备改动较小，并且结构简单、可移植性强、可根据需求耦合出不同运动轨迹，适合在振动铣削或其他振动筛选等领域推广，适用范围广。

附图说明

图中1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的俯视图；

图5是本发明的超声换能器结构示意图；

图6是本发明的超声变幅杆结构示意图。

图中：1、承载板；2、下振动板；3、上振动板；4、Y向超声换能器；5、X向超声换能器；6、Y向微调装置；7、X向微调装置；8、X向超声变幅杆；9、12、Y向轨道；10、11、滑块；13、Y向超声变幅杆；14、17、滑块；15、16、X向轨道；18、Y向弓形弹簧片；19、X向弓形弹簧片；20、预应力螺栓；21、后盖板；22、铜电极；23、；24、压电陶瓷片；25、前盖板；26、连接法兰盘；27、过渡圆弧。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图6，一种二维超声振动平台，包括从下至上依次设置的承载板1、下振动板2和上振动板3。

所述下振动板2通过X向直线运动导轨与所述承载板1连接；在本实施例中，X向直线运动导轨有两根，一根由X向轨道15和滑块14组成，另一根由X向轨道16和滑块17组成。

在X方向上，所述下振动板2的一侧中部连接有X向振动子，所述下振动板2的另一侧中部设有X向弓形弹簧片19，所述X向弓形弹簧片19的两端采用螺栓固定在X向微调装置7的输出端，所述X向弓形弹簧片19的中心线与所述X向微调装置7的中心线重合，所述X向弓形弹簧片19的最高点与所述下振动板2的侧面接触；所述X向振动子由同轴固接的X向超声换能器5和X向超声变幅杆8组成，所述X向超声变幅杆8与所述下振动板2连接，所述X向超声变幅杆8固定在所述承载板1上。

所述上振动板通过Y向直线运动导轨与所述下振动板2连接。在本实施例中，Y向直线运动导轨有两根，一根由Y向轨道9和滑块10组成，另一根由Y向轨道12和滑块11组成。

在Y方向上，所述上振动板3的一侧中部连接有Y向振动子，所述上振动板3的另一侧中部设有Y向弓形弹簧片18，所述Y向弓形弹簧片18的两端采用螺栓固定在Y向微调装置6的输出端，所述Y向弓形弹簧片18的中心线与所述Y向微调装置6的中心线重合，所述Y向弓形弹簧片18的最高点与所述上振动板3的侧面接触；所述Y向振动子由同轴固接的Y向超声换能器4和Y向超声变幅杆13组成，所述Y向超声变幅杆13与所述上振动板3连接，所述Y向超声变幅杆13固定在所述下振动板2上。

在本实施例中，所述X向超声换能器5和所述Y向超声换能器4均为夹心式压电陶瓷换能器。所述夹心式压电陶瓷换能器设有超声电源，所述夹心式压电陶瓷换能器包括从后至前依次设置后盖板21、多个并联的压电陶瓷片24和前盖板25，后盖板21、多个并联的压电陶瓷片24和前盖板25采用预应力螺栓20连接在一起，每个压电陶瓷片设有正负两个铜电极22，所述铜电极22通过导线与所述超声电源连接，所述前盖板25采用轻金属制成并采用阶梯形结构，所述后盖板21采用重金属制成。所述X向超声变幅杆8和所述Y向超声变幅杆13结构相同，均采用带过渡圆弧27的阶梯形，并在节点处设有连接法兰盘26。过渡圆弧27可以避免应力集中。所述X向直线运动导轨和所述Y向直线运动导轨均采用滚动摩擦导轨。

使用时，所述承载板1的底部通过螺栓直接固定在机床的平台上，将被加工工件装夹在所述上振动板3的上表面上。

所述X向超声换能器4和X向超声变幅杆8采用双头螺柱连接在一起组成X向振动子，Y向超声换能器5和Y向超声变幅杆采用双头螺柱连接在一起组成Y向振动子。所述X向振动子通过所述X向超声变幅杆8上设置的连接法兰盘通过螺栓固定在所述承载板1上。所述Y向振动子通过Y向超声变幅杆13上设置的连接法兰盘通过螺栓固定在所述下振动板2上。X向振动子与下振动板2通过螺栓连接，Y向振动子与上振动板3通过螺栓连接。

所述超声电源具有频率自动跟踪、功率自动调节、自动保护功能，并且对超声电源和换能器进行了阻抗匹配。

超声电源将电流通入相应的换能器中，换能器产生超声振动，并经过相应的超声变幅杆的放大，带动上下振动板2、3做二维超声振动。并且可以根据不同需要，调整所述超声电源通入的电流，耦合不同运动轨迹。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种二维超声振动平台，其特征在于，包括从下至上依次设置的承载板、下振动板和上振动板；

所述下振动板通过X向直线运动导轨与所述承载板连接；在X方向上，所述下振动板的一侧中部连接有X向振动子，所述下振动板的另一侧中部设有X向弓形弹簧片，所述X向弓形弹簧片的两端固定在X向微调装置的输出端，所述X向弓形弹簧片的中心线与所述X向微调装置的中心线重合，所述X向弓形弹簧片的最高点与所述下振动板的侧面接触；所述X向振动子由同轴固接的X向超声换能器和X向超声变幅杆组成，所述X向超声变幅杆与所述下振动板连接，所述X向超声变幅杆固定在所述承载板上；

所述上振动板通过Y向直线运动导轨与所述下振动板连接；在Y方向上，所述上振动板的一侧中部连接有Y向振动子，所述上振动板的另一侧中部设有Y向弓形弹簧片，所述Y向弓形弹簧片的两端固定在Y向微调装置的输出端，所述Y向弓形弹簧片的中心线与所述Y向微调装置的中心线重合，所述Y向弓形弹簧片的最高点与所述上振动板的侧面接触；所述Y向振动子由同轴固接的Y向超声换能器和Y向超声变幅杆组成，所述Y向超声变幅杆与所述上振动板连接，所述Y向超声变幅杆固定在所述下振动板上。

2.根据权利要求1所述的二维超声振动平台，其特征在于，所述X向超声换能器和所述Y向超声换能器均为夹心式压电陶瓷换能器。

3.根据权利要求1所述的二维超声振动平台，其特征在于，所述X向超声变幅杆和所述Y向超声变幅杆结构相同，均采用带过渡圆弧的阶梯形，并在节点处设有连接法兰盘。

4.根据权利要求2所述的二维超声振动平台，其特征在于，所述夹心式压电陶瓷换能器设有超声电源，所述夹心式压电陶瓷换能器包括从后至前依次设置的后盖板、多个并联的压电陶瓷片和前盖板，每个所述压电陶瓷片设有正负两个铜电极，所述铜电极通过导线与所述超声电源连接，所述前盖板采用轻金属制成并采用阶梯形结构，所述后盖板采用重金属制成。

5.根据权利要求1所述的二维超声振动平台，其特征在于，所述X向直线运动导轨和所述Y向直线运动导轨均采用滚动摩擦导轨。