CN115056046B - 一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及振动抛光机技术领域，且公开了一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置，换能器后盖的上方正中间部位设置有换能器预紧螺栓，且换能器后盖的下方设置有压电陶瓷环片，且压电陶瓷环片的下端设置有换能器前盖，且换能器前盖和法兰盘采用一体化设置，且法兰盘的下端设置有异形变幅杆振动输入端，且异形变幅杆振动输入端的下端设置有四个压电陶瓷堆叠杆，压电陶瓷堆叠杆的下端设置有联接杆，且四个压电陶瓷堆叠杆之间设置有柔性杆位于异形变幅杆振动输入端的下端。本发明通过压电叠堆杆的正压电效应，提供由于重力变化导致的谐振频率漂移和纵弯振动方向的位移补偿，保证了超声研磨抛光的效率以及加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及振动抛光机技术领域，具体涉及一种二维压电异形变幅杆研抛装置。
背景技术
零部件表面研磨抛光是机械加工领域中必不可少的关键工序是机械必不可少的工序，随着越来越多的精密和超紧密加工领域都应用到高性能材料如先进陶瓷、单晶硅、蓝宝石等，以往的传统研磨抛光已经不能满足这些高性能材料的表面处理需求了，随着科学技术的发展，超声辅助研磨抛光对零部件的表面处理日趋广泛，超声单一方向上的振动不足以满足加工要求，所以提出了二维纵弯超声振动，但是随着研磨抛光加工中，被抛光材料的去除，则会改变原有的超声振动系统的谐振频率，造成谐振频率漂移，进而影响研磨抛光的效率和质量，所以，要补偿在振动方向损失振动位移，针对上本文提出了一种利用叠层压电陶瓷利用正压电效应感知工件重力变化，利用逆压电效应实现补偿，进而实现两个振动方向稳定控制，避免在加工过程中出现谐振频率漂移。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置，通过压电陶瓷叠堆杆的正压电效应，提供由于重力变化导致的谐振频率漂移和纵弯振动方向的位移补偿，以提高超声研磨抛光的效率以及加工精度，从而解决上述的问题。
(二)技术方案
为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：
一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置，包括换能器预紧螺栓、换能器后盖、压电陶瓷环片、换能器前盖、法兰盘、二维异形变幅杆振动输入端、压电陶瓷堆叠杆、柔性杆和联接杆，所述换能器后盖的上方正中间部位设置有换能器预紧螺栓，且换能器后盖的下方设置有压电陶瓷环片，且压电陶瓷环片的下端设置有换能器前盖，且换能器前盖和法兰盘采用一体化设计，且法兰盘的下端设置有二维异形变幅杆振动输入端，且二维异形变幅杆振动输入端的下端设置有四个压电陶瓷堆叠杆，压电陶瓷堆叠杆的下端设置有联接杆，且四个压电陶瓷堆叠杆之间设置有柔性杆位于二维异形变幅杆振动输入端的下端。
优选的，所述换能器后盖、压电陶瓷环片、换能器前盖开设有与换能器预紧螺栓大小相同的螺纹槽，且换能器预紧螺栓与换能器后盖、压电陶瓷环片、换能器前盖和法兰盘采用一体化设计。
优选的，所述二维异形变幅杆震动输入端与换能器前盖通过螺栓连接在一起，换能器后盖与换能器预紧螺栓连接在一起。
优选的，所述联接杆为刚性元件，所述柔性杆为弹性元件。
优选的，四个所述压电陶瓷堆叠杆呈倾斜设置，且压电陶瓷堆叠杆的下端向外倾斜。
优选的，所述压电陶瓷堆叠杆下端与联接杆连接、上端与二维异形变幅杆振动输入端连接。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的二维压电异形变幅杆超声研抛装置，具备以下有益效果：
1、在超声研磨抛光过程中，由于材料的去除使工件重力发生变化，影响系统的谐振频率，进而影响在工件上的振动。
2、本发明通过压电陶瓷叠堆杆的正压电效应保证了由于重力变化导致的谐振频率漂移和纵弯振动方向的位移补偿。
3、本发明通过压电陶瓷叠堆杆的逆压电效应保证了超声研磨抛光的效率以及加工精度。
附图说明
图1为本发明实施例研抛装置的整体立体外形结构图；
图2为本发明实施例研抛装置的装配结构示意图。
图中：1、换能器预紧螺栓；2、换能器后盖；3、压电陶瓷环片；4、换能器前盖；5、法兰盘；6、二维异形变幅杆振动输入端；7、压电陶瓷堆叠杆；8、柔性杆；9、联接杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-2，本发明实施例提供的二维压电异形变幅杆超声研抛装置，包括换能器预紧螺栓1、换能器后盖2、压电陶瓷环片3、换能器前盖4、法兰盘5、二维异形变幅杆振动输入端6、压电陶瓷堆叠杆7、柔性杆8和联接杆9，所述换能器后盖2的上方正中间部位设置有换能器预紧螺栓1，且换能器后盖2的下方设置有压电陶瓷环片3，且压电陶瓷环片3的下端设置有换能器前盖4，且换能器前盖4和法兰盘5采用一体化设计，且法兰盘5的下端设置有二维异形变幅杆振动输入端6，且二维形变幅杆振动输入端6的下端设置有四个压电陶瓷堆叠杆7，压电陶瓷堆叠杆7的下端设置有联接杆9，且四个压电陶瓷堆叠杆7之间设置有柔性杆8位于二维异形变幅杆振动输入端6的下端。
所述换能器后盖2、压电陶瓷环片3、换能器前盖4和都开设有与换能器预紧螺栓1大小相同的螺纹槽，且换能器预紧螺栓1与换能器后盖2、压电陶瓷环片3、换能器前盖4和法兰盘5采用一体化设计。
所述二维异形变幅杆振动输入端6与换能器前盖4通过螺栓连接在一起，并且延伸至换能器后盖2与换能器预紧螺栓1连接在一起，压电陶瓷环片3和所述换能器前盖4联接起来并保持锁紧，锁紧使得所述压电陶瓷环片3保持承受合适的压力。
所述联接杆9为刚性元件，所述柔性杆8为弹性元件，通过联接杆9为刚性元件，使联接杆9方便为压电陶瓷堆叠杆7做支撑作用力，不易折断。
四个所述压电陶瓷堆叠杆7呈倾斜设置，且压电陶瓷堆叠杆7的下端向外倾斜。
每个所述压电陶瓷堆叠杆7下端与联接杆9连接、上端与二维异形变幅杆振动输入端6连接，通过压电陶瓷堆叠杆7在联接杆9与二维异形变幅杆振动输入端上，使四个压电陶瓷堆叠杆7感应工件重力的变化表达出来。
本发明的工作原理是：整个超声研磨抛光过程中，工件会有一定的重力，并且选择的超声频率和整个超声研磨抛光系统的谐振频率相同或者相近进而达到共振或者在工件上产生局部共振，但是随着超声研磨抛光的进行，工件材料的去除，会导致工件重力减小和工件的谐振频率改变，造成谐振频率漂移，谐振频率漂移：为了获得最大振幅，当选择超声加工频率时通常选为和研磨抛光系统固有频率相同或相近以达到共振或局部共振。在加工过程中工件材料的去除会系统的固有频率，导致频率漂移从而减小振幅；
进而影响纵弯振动的输出，为了保证一直输出纵弯振动，本发明设计了一种保证了在工件处能产生稳定的纵弯振动，在振幅传递过程中可以通过四个压电陶瓷叠堆杆的正压电效应感应工件重力的变化并通过电信号表达出来，正压电效应：压电材料在极化方向上受到压力时，相应的两个材料表面会产生正负相反的电荷，形成电势差，当外力去除后，它又恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应；
通过逆压电效应促使异形柔性杆在x轴和y轴方向上做出位移补偿，逆压电效应：与正压电效应相反，当在压电材料在极化方向的两个表面加上电压时，压电材料会发生形变，当电压去除时，压电材料又恢复原状，这种现象称之为逆压电效应；
其中两个压电陶瓷叠堆杆补偿了x轴方向的位移也即是弯振方向位移，另外两个压电陶瓷叠堆杆补偿了y轴方向的位移，也即是纵振方向位移，进而稳定其因工件重力改变而导致的系统的谐振频率发生改变，压电叠陶瓷堆杆通过多层压电陶瓷片位移叠加，以实现在较小的电压下输出较大位移，保证了加工的可控性和精度。
叠层压电陶瓷：采取电学并联机械串联的方式封装成压电堆叠杆以扩大位移输出，实现在较小的电压下输出较大位移。位移输出与电压输入成线性关系，实现理论上分辨率无穷小。
本发明上述实施例，重点是通过压电陶瓷叠堆杆的正压电效应，提供由于重力变化导致的谐振频率漂移和纵弯振动方向的位移补偿，保证了超声研磨抛光的效率以及加工精度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置，包括换能器预紧螺栓(1)、换能器后盖(2)、压电陶瓷环片(3)、换能器前盖(4)、法兰盘(5)、二维异形变幅杆振动输入端(6)、压电陶瓷堆叠杆(7)、柔性杆(8)和联接杆(9)，其特征在于：所述换能器后盖(2)的上方正中间部位设置有换能器预紧螺栓(1)，且换能器后盖(2)的下方设置有压电陶瓷环片(3)，且压电陶瓷环片(3)的下端设置有换能器前盖(4)，且换能器前盖(4)和法兰盘(5)采用一体化设置，且法兰盘(5)的下端设置有二维异形变幅杆振动输入端(6)，且二维异形变幅杆振动输入端(6)的下端设置有四个压电陶瓷堆叠杆(7)，压电陶瓷堆叠杆(7)的下端设置有联接杆(9)，且四个压电陶瓷堆叠杆(7)之间设置有柔性杆(8)位于二维异形变幅杆振动输入端(6)的下端，所述压电陶瓷堆叠杆(7)下端与联接杆(9)连接、上端与二维异形变幅杆振动输入端(6)连接，四个所述压电陶瓷堆叠杆(7)呈倾斜设置，且压电陶瓷堆叠杆(7)的下端向外倾斜，联接杆(9)呈十字形，四个压电陶瓷堆叠杆(7)的下端分别连接十字形的每一外端部，柔性杆(8)下端连接十字形的中心位置。
2.根据权利要求1所述的二维压电异形变幅杆超声研抛装置，其特征在于：所述换能器后盖(2)、压电陶瓷环片(3)、换能器前盖(4)开设有与换能器预紧螺栓(1)大小相同的螺纹槽，且换能器预紧螺栓(1)与换能器后盖(2)、压电陶瓷环片(3)、换能器前盖(4)和法兰盘(5)一体化设置。
3.根据权利要求1所述的二维压电异形变幅杆超声研抛装置，其特征在于：所述二维异形变幅杆振动输入端(6)与换能器前盖(4)通过螺栓连接在一起，并且延伸至换能器后盖(2)与换能器预紧螺栓(1)连接在一起。
4.根据权利要求1所述的二维压电异形变幅杆超声研抛装置，其特征在于：所述联接杆(9)为刚性元件，所述柔性杆(8)为弹性元件。
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