CN104923469A - 基于压电陶瓷剪切片不同摆放方向的二维振动装置 - Google Patents
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Abstract
基于压电陶瓷剪切片不同摆放方向的二维振动装置，它属于能量辅助机械加工的技术领域。它是为了解决现有高精度惯导传感器中薄壁微构件加工时，所用的谐振式振动装置存在振动频率不可调、加工工件刀纹不均匀、不整齐，及现有的非谐振式振动装置存在陶瓷工作时间长的情况下压电特性就会减弱、振动不明显的问题。它的第一导电电极片与第二导电电极片之间夹有第一组压电陶瓷剪切片，第二导电电极片与第三导电电极片之间夹有第二组压电陶瓷剪切片，第三导电电极片与第四导电电极片之间夹有第三组压电陶瓷剪切片，第四导电电极片与第五导电电极片之间夹有第四组压电陶瓷剪切片。本发明利用压电陶瓷剪切片不同摆放方向和施加不同电场方向实现二维振动。<u/>
Description
技术领域
本发明属于能量辅助机械加工的技术领域。
背景技术
薄壁微构件是高精度惯性传感器中的核心部件，其加工质量直接影响导航精度，目前比较理想的办法就是微细铣削，但是在加工过程中，由于微细铣削过程，切削刀具的刚度很低，加工表面质量达不到精度要求。振动辅助微铣削能够解决这一问题，能够减缓刀具磨损，提高表面质量。
常规微铣削的加工方式中刀具磨损严重，进而使工件表面质量差，加工出来的零件不满足条件，对于微细铣削来说，随着频率的增加，其表面质量越来越好，振动辅助微铣削能够对切削过程中产生的再生振颤可以很好的抑制，振动切削对刀具使用寿命的延长也有一定作用，振动幅值在1-1.5μm左右时，其加工质量最好，所以选择频率较高，振幅可以不需要那么大的驱动元件，选用剪切片作为驱动元件。对加工表面质量和残余应力都有很好的改善作用，因而具有重要研究意义。
现有的二维振动装置主要包括谐振式振动和非谐振式振动。而现有的谐振式振动装置存在振动频率不可调、加工工件刀纹不均匀、不整齐，及现有的非谐振式振动装置存在陶瓷工作时间长的情况下压电特性就会减弱、振动不明显的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于压电陶瓷剪切片不同摆放方向的二维振动装置，是为了解决现有高精度惯导传感器中薄壁微构件加工时，所用的谐振式振动装置存在振动频率不可调、加工工件刀纹不均匀、不整齐，及现有的非谐振式振动装置存在陶瓷工作时间长的情况下压电特性就会减弱、振动不明显的问题。
所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种基于压电陶瓷剪切片不同摆放方向的二维振动装置，它包括第一导电电极片1、第二导电电极片2、第三导电电极片3、第四导电电极片4、第五导电电极片5、第一组压电陶瓷剪切片6、第二组压电陶瓷剪切片7、第三组压电陶瓷剪切片8、第四组压电陶瓷剪切片9、绝缘平台10；
第一导电电极片1的下表面与第一组压电陶瓷剪切片6中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第二导电电极片2的上表面与第一组压电陶瓷剪切片6中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第二导电电极片2的下表面与第二组压电陶瓷剪切片7中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第三导电电极片3的上表面与第二组压电陶瓷剪切片7中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第三导电电极片3的下表面与第三组压电陶瓷剪切片8中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第四导电电极片4的上表面与第三组压电陶瓷剪切片8中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第四导电电极片4的下表面与第四组压电陶瓷剪切片9中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第五导电电极片5的上表面与第四组压电陶瓷剪切片9中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接；第一组压电陶瓷剪切片6中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第二组压电陶瓷剪切片7中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第三组压电陶瓷剪切片8中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第四组压电陶瓷剪切片9中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第二组压电陶瓷剪切片7中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第三组压电陶瓷剪切片8中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向水平垂直；绝缘平台10的下表面与第一导电电极片1的上表面连接，绝缘平台10的上表面用于装夹被加工工件11。
本发明相对现有技术具有如下有益效果：
1、本发明利用了压电陶瓷的逆压电效应，其振动台上边两层施加交变电场后振动方向相同，下边两层施加交变电场后振动方向相同并与上边两层的振动方向水平垂直，利用压电陶瓷剪切片不同摆放方向和施加不同电场方向实现二维振动；还可通过调节电压的频率幅值可以得到任意形式的二维椭圆振动。
2、本发明的上边第一层和第二层的压电陶瓷剪切片的伸缩方向是同一个方向，相当于串联叠加，与一层压电陶瓷剪切片相比，在施加相同的交变电场时两层压电陶瓷剪切片的叠加的振幅比一层压电陶瓷剪切片的振幅大一倍，这样在相同的振幅时，在两层压电陶瓷剪切片的两端电压幅值要比一层小一半，这样既可以提高振动台整体的精度，又可以避免振幅要求太大时，施加电压过高导致压电陶瓷剪切片的热损坏。
3、本发明还具有结构简单、振动频率可调、可长时间稳定工作、被加工工件的刀纹均匀整齐、成本低廉的优点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中第二导电电极片2上第一组压电陶瓷剪切片6的俯视分布结构结构示意图；
图3是图1中第五导电电极片5上第四组压电陶瓷剪切片9的俯视分布结构结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1所示，它包括第一导电电极片1、第二导电电极片2、第三导电电极片3、第四导电电极片4、第五导电电极片5、第一组压电陶瓷剪切片6、第二组压电陶瓷剪切片7、第三组压电陶瓷剪切片8、第四组压电陶瓷剪切片9、绝缘平台10；
第一导电电极片1的下表面与第一组压电陶瓷剪切片6中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第二导电电极片2的上表面与第一组压电陶瓷剪切片6中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第二导电电极片2的下表面与第二组压电陶瓷剪切片7中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第三导电电极片3的上表面与第二组压电陶瓷剪切片7中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第三导电电极片3的下表面与第三组压电陶瓷剪切片8中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第四导电电极片4的上表面与第三组压电陶瓷剪切片8中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第四导电电极片4的下表面与第四组压电陶瓷剪切片9中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第五导电电极片5的上表面与第四组压电陶瓷剪切片9中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接；第一组压电陶瓷剪切片6中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第二组压电陶瓷剪切片7中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第三组压电陶瓷剪切片8中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第四组压电陶瓷剪切片9中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第二组压电陶瓷剪切片7中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第三组压电陶瓷剪切片8中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向水平垂直；绝缘平台10的下表面与第一导电电极片1的上表面连接，绝缘平台10的上表面用于装夹被加工工件11。
所述压电陶瓷剪切片的型号为CSAP03。所述压电陶瓷剪切片的工作频率在500Hz~20KHz。
工作原理：将被加工工件11装夹在绝缘平台10的上表面上；在第一组压电陶瓷剪切片6、第二组压电陶瓷剪切片7、第三组压电陶瓷剪切片8、第四组压电陶瓷剪切片9上都施加交变电场，因第一组压电陶瓷剪切片6中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第二组压电陶瓷剪切片7中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第三组压电陶瓷剪切片8中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第四组压电陶瓷剪切片9中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第二组压电陶瓷剪切片7中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第三组压电陶瓷剪切片8中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向水平垂直，这两个方向的运动组合在一起而使被加工工件11产生二维振动；本装置的上边第一层和第二层的压电陶瓷剪切片的伸缩方向是同一个方向，相当于串联叠加，与一层压电陶瓷剪切片相比，在施加相同的交变电场时两层压电陶瓷剪切片的叠加的振幅比一层压电陶瓷剪切片的振幅大一倍，这样在相同的振幅时，在两层压电陶瓷剪切片的两端电压幅值要比一层小一半，这样既可以提高振动台整体的精度，又可以避免振幅要求太大时，施加电压过高导致压电陶瓷剪切片的热损坏。在压电陶瓷两端施加电压的时候可以单一方向给电实现一维振动，也可以两个方向给电实现二维振动，而且平台不紧可以通过施加交流电来实现振动，也可以通单个脉冲电压实现微位移柔性运动。
具体实施方式二：结合图1、图2、图3所示，本具体实施方式在具体实施方式一的基础上在第一导电电极片1的下表面上开有等间距沟槽，第二导电电极片2的上表面和下表面上都开有等间距沟槽，第三导电电极片3的上表面和下表面上都开有等间距沟槽，第四导电电极片4的上表面和下表面上都开有等间距沟槽，第五导电电极片5的上表面上开有等间距沟槽，绝缘平台10的下表面上开有等间距沟槽。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本具体实施方式中的导电电极片上加工等间距沟槽，在导电电极片的表面与压电陶瓷剪切片表面的连接固定方式为胶水粘接时，在所述沟槽内填充胶水，可以避免胶水涂抹不均匀造成的电陶瓷剪切片位置不正，受力不均匀等问题，同时也能使导电电极片和电源之间的连接导线呈自由状态地放置在沟槽里，避免由于反复弯折和拉扯造成的电线短路和断路。导电电极片上的沟槽有利于陶瓷片散热，防止其压电特性不敏感。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3所示，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于第一组压电陶瓷剪切片6由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置；第二组压电陶瓷剪切片7由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置；第三组压电陶瓷剪切片8由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置；第四组压电陶瓷剪切片9由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式的分布可以使整体结构更加稳定，同时使受到应力和产生的变形更加均匀。
Claims (3)
1.基于压电陶瓷剪切片不同摆放方向的二维振动装置，其特征在于它包括第一导电电极片（1）、第二导电电极片（2）、第三导电电极片（3）、第四导电电极片（4）、第五导电电极片（5）、第一组压电陶瓷剪切片（6）、第二组压电陶瓷剪切片（7）、第三组压电陶瓷剪切片（8）、第四组压电陶瓷剪切片（9）、绝缘平台（10）；
第一导电电极片（1）的下表面与第一组压电陶瓷剪切片（6）中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第二导电电极片（2）的上表面与第一组压电陶瓷剪切片（6）中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第二导电电极片（2）的下表面与第二组压电陶瓷剪切片（7）中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第三导电电极片（3）的上表面与第二组压电陶瓷剪切片（7）中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第三导电电极片（3）的下表面与第三组压电陶瓷剪切片（8）中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第四导电电极片（4）的上表面与第三组压电陶瓷剪切片（8）中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接，第四导电电极片（4）的下表面与第四组压电陶瓷剪切片（9）中所有电陶瓷剪切片的上表面紧密连接，第五导电电极片（5）的上表面与第四组压电陶瓷剪切片（9）中所有电陶瓷剪切片的下表面紧密连接；第一组压电陶瓷剪切片（6）中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第二组压电陶瓷剪切片（7）中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第三组压电陶瓷剪切片（8）中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第四组压电陶瓷剪切片（9）中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向相同，第二组压电陶瓷剪切片（7）中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向都与第三组压电陶瓷剪切片（8）中所有压电陶瓷剪切片的伸缩方向水平垂直；绝缘平台（10）的下表面与第一导电电极片（1）的上表面连接，绝缘平台（10）的上表面用于装夹被加工工件（11）。
2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷剪切片不同摆放方向的二维振动装置，其特征在于在第一导电电极片（1）的下表面上开有等间距沟槽，第二导电电极片（2）的上表面和下表面上都开有等间距沟槽，第三导电电极片（3）的上表面和下表面上都开有等间距沟槽，第四导电电极片（4）的上表面和下表面上都开有等间距沟槽，第五导电电极片（5）的上表面上开有等间距沟槽，绝缘平台（10）的下表面上开有等间距沟槽。
3. 根据权利要求1所述的基于压电陶瓷剪切片不同摆放方向的二维振动装置，其特征在于第一组压电陶瓷剪切片（6）由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置；第二组压电陶瓷剪切片（7）由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置；第三组压电陶瓷剪切片（8）由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置；第四组压电陶瓷剪切片（9）由四片压电陶瓷剪切片组成，这四片压电陶瓷剪切片的摆放位置呈“田”字形水平均匀分布设置。
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