CN209970283U - 一种微细超声加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微细超声加工系统，包括运动控制系统、运动装置、加工装置、超声波电源和真空系统，所述运动装置包括微三维运动设备、旋转设备和加工主轴，所述微三维运动设备与旋转设备相连接，所述加工主轴上设有工具，所述微三维运动设备、旋转设备和加工主轴分别与运动控制系统相连接；所述加工装置包括工作液槽和设于工作液槽上的加工平台装置，所述加工平台装置包括加工平台和设于加工平台内的超声换能器，所述加工平台内设有上下贯通的第一通孔。采用本实用新型，避免工件变形，避免工具振动和主轴多次拆装，提高加工精度，且操作简单易行。

Description

一种微细超声加工系统

技术领域

本实用新型涉及微细超声加工领域，尤其涉及一种微细超声加工系统。

背景技术

随着微型零部件和产品需求的日渐增大，使得微细超声加工技术(MUSM)得到发展及日益广泛的应用，在硬脆材料去除加工领域，机械加工利用工具对工件的作用力去除材料，工具磨损比较严重；电加工性能则受到工件材料导电性的限制；激光加工过程中产生的大量热量易使工件表面形成裂纹与发生氧化；而超声加工是非接触加工，加工性能不依赖于材料的导电性，加工过程中产生的切削热也很小，是玻璃、工程陶瓷、硅晶体、石英晶体等硬脆性材料最有效的加工方法。微细超声加工技术是超声加工技术向高精度、微细化发展的重要方向，正越来越广泛地应用于精密微细制造领域，也将成为微型机械制造技术的有力补充。MUSM非常适于在石英、玻璃和陶瓷等具有化学惰性、非导电和硬脆性材料上加工出大深径比的复杂微细结构。微细超声加工利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料。主轴精度要求高，但在加工主轴上拆装超声振子，再加上工具振动，所产生的作用力以及所造成的磨损，都会降低加工精度。另外，微细超声加工的工件一般较为细小，目前的微细超声加工装置的装夹方法主要为机械装夹或粘连固定，机械装夹易对细小工件产生挤压变形，影响加工精度，用胶带等粘连固定则工件在微细超声加工过程中易产生移位或脱落等问题，且在加工批量工件时较为繁琐。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种微细超声加工系统，避免工件变形，避免工具振动和主轴多次拆装，提高加工精度，且操作简单易行。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种微细超声加工系统，包括运动控制系统、运动装置、加工装置、超声波电源和真空系统，

所述运动装置包括微三维运动设备、旋转设备和加工主轴，所述微三维运动设备与旋转设备相连接，所述加工主轴上设有工具，所述微三维运动设备、旋转设备和加工主轴分别与运动控制系统相连接；

所述加工装置包括工作液槽和设于工作液槽上的加工平台装置，所述加工平台装置包括加工平台和设于加工平台内的超声换能器，所述加工平台内设有上下贯通的第一通孔；

所述超声换能器与超声波电源相连接，所述第一通孔与真空系统相连接，所述工作液槽设于微三维运动设备和旋转设备上，所述加工主轴设于加工平台的上方；

运动控制系统，用于控制微三维运动设备、旋转设备和加工主轴的运作；

真空系统，用于实现第一通孔内真空及调节其真空度大小；

超声换能器，用于驱使加工平台上的工件振动。

作为上述方案的改进，所述加工平台穿设于工作液槽的底部。

作为上述方案的改进，所述加工平台的顶部设有用于放置工件的工件放置面，所述工件放置面设于工作液槽内，所述真空系统通过加工平台的底部与第一通孔连接。

作为上述方案的改进，所述工件放置面上设有用于堵住第一通孔的堵块。

作为上述方案的改进，所述第一通孔平均分布在加工平台上。

作为上述方案的改进，所述超声换能器上设有上下贯通的第二通孔，所述第二通孔与真空系统连接。

作为上述方案的改进，所述加工平台的底部设有用于将超声换能器设于加工平台上的连接构件，所述超声换能器与连接构件过盈配合连接。

作为上述方案的改进，所述加工平台的底部上设有接线构件，所述接线构件的底部设有第三通孔，所述第三通孔与第一通孔、第二通孔连通，所述第三通孔与真空系统连接。

作为上述方案的改进，所述加工平台的形状为圆柱体、长方体或立方体。

作为上述方案的改进，所述微细超声加工系统包括用于向微三维运动设备、旋转设备和加工主轴供电的运动电源。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型采用真空吸附工件的方法，将工件吸附在加工平台上，避免机构装夹或粘连固定而使工件造成变形、移位或脱落等问题，从而提高了加工精度，且操作简单易行。此外，本实用新型还采用工件加振的振动方式，将超声换能器设于加工平台上，实现工件振动，避免工具振动和超声换能器在加工主轴上的拆装等而造成加工主轴的加工精度降低。

附图说明

图1是本实用新型一种微细超声加工系统的结构示意图；

图2是图1的加工平台装置的结构示意图；

图3是图1的加工平台装置的剖视图；

图4是图1的加工平台底部的结构示意图；

图5是图2的工件放置面上第一通孔被工件完全覆盖的透视图；

图6是图2的工件放置面上第一通孔被工件部分覆盖的透视图；

图7是图2的工件放置面上第一通孔被工件部分覆盖的另一种透视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。

参见图1-4，本实用新型公开了一种微细超声加工系统，包括运动控制系统1、运动装置、加工装置、超声波电源11和真空系统12，

所述运动装置包括微三维运动设备2、旋转设备3和加工主轴4，所述微三维运动设备2与旋转设备3相连接，所述加工主轴4上设有工具5，所述微三维运动设备2、旋转设备3和加工主轴4分别与运动控制系统1相连接；

所述加工装置4包括工作液槽6和设于工作液槽6上的加工平台装置，所述加工平台装置包括加工平台7和设于加工平台7内的超声换能器8，所述加工平台7内设有上下贯通的第一通孔71；

所述超声换能器8与超声波电源11相连接，所述第一通孔71与真空系统12相连接，所述工作液槽6设于微三维运动设备2和旋转设备3上，所述加工主轴4设于加工平台7的上方；

运动控制系统1，用于控制微三维运动设备2、旋转设备3和加工主轴4的运作；

真空系统12，用于实现第一通孔71内真空及调节其真空度大小；

超声换能器8，用于驱使加工平台7上的工件100振动。

微细超声加工技术现有的加工原理是在加工时在工具和工件间加入液体(煤油或水等)和磨料混合的悬浮液，并使工具以很小的力轻轻作用在工件上，由换能器产生超声频的纵向振动，驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面。本实用新型改变现有的做法，将超声换能器设于加工平台上，驱使工件作超声振动，避免工具振动以及超声换能器在加工主轴上的拆装而造成加工主轴的加工精度降低。

真空系统包括真空泵、真空阀、衔接收道、真空丈量设备(真空计和各种调理器)、其他部件等，可以实现第一通孔内真空以及其真空度大小的改变。

运动控制系统为集成控制柜，集成控制柜内集成了微三维运动设备、旋转设备和加工主轴的控制程序，用于控制微三维运动设备、旋转设备和加工主轴的运作，以实现五轴联动，实现复杂工件表面的加工成型。

超声波电源通常称为超声波发生源，超声波发生器。它的作用是把电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。超声换能器是一种将电磁能转化为机械能的装置，通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成，用于驱使加工平台上的工件振动。

需要说明的是，所述微三维运动设备包括微三维运动平台，在运动控制系统的控制下可实现微三维运动平台的xyz轴的运动。旋转设备包括旋转平台，在运动控制系统的控制下可实现旋转平台的旋转轴运动。加工主轴则在运动控制系统的控制下可实现其旋转和上下运动，从而实现五轴联动，实现复杂工件表面的加工成型。如图1所示，旋转平台放置在微三维运动平台上，工作液槽放在旋转平台上。加工主轴为机床主轴，放置在工作液槽上，具体是放置在工件上方。运动控制系统控制微三维运动平台、旋转平台和加工主轴运作以实现五轴联运，实现对工件表面的加工成型。所述工具为刀具。真空系统、运动控制系统、超声波电源和超声换能器采用现有的设置即可，在此不再赘述。

本实用新型采用真空吸附工件的方法，将工件吸附在加工平台上，避免机构装夹或粘连固定而使工件造成变形、移位或脱落等问题，从而提高了加工精度，且操作简单易行。此外，本实用新型还采用工件加振的振动方式，将超声换能器设于加工平台上，实现工件振动，避免工具振动和超声换能器在加工主轴上的拆装等而造成加工主轴的加工精度降低。

具体的，所述加工平台7穿设于工作液槽6的底部，便于超声波电源11与超声换能器8连接，便于第一通孔71与真空系统12连接。所述加工平台7的顶部设有用于放置工件100的工件放置面72，所述工件放置面72设于工作液槽6内，所述真空系统12通过加工平台7的底部与第一通孔71连接。

优选地，所述第一通孔71平均分布在加工平台7上，以使工件100受力均匀。

如图5所示，工件100放置在工件放置面72上，当工件100足够大时，工件100可以覆盖住加工平台7上的所有第一通孔71。启动真空系统12，使第一通孔71处于真空状态，甚至可以改变真空度的大小以实现对工件吸紧力度大小的调节。如图6所示，所述工件放置面72上设有用于堵住第一通孔71的堵块14。当工件100较小不能覆盖住加工平台7上所有第一通孔71时，设置堵块14可将剩余没有被覆盖的第一通孔71覆盖住，避免工作液流入第一通孔71内。如图7所示，需对其他不同形状的工件100进行加工时，还可以更换不同形状的堵块14与工件100配合，用以覆盖住剩余没被覆盖的第一通孔71，避免工作液流入第一通孔71内，其操作简单易行，成本低。

需要说明的是，加工平台上可放置多个工件以实现同时加工，只要工件均能让第一通孔吸附住即可。

进一步，为了适应设计要求，所述超声换能器8上设有上下贯通的第二通孔81，所述第二通孔81与真空系统12连接。超声换能器8设于加工平台7内，为了避免超声换能器堵住第一通孔，影响加工平台上第一通孔的设置，在超声换能器上设有第二通孔，第二通孔与真空系统相连，即第二通孔与第一通孔重叠以实现对工件的真空吸附。

优选地，所述加工平台7的底部设有用于将超声换能器8设于加工平台7上的连接构件9，所述超声换能器8与连接构件9过盈配合连接。

更佳地，所述连接构件9为法兰。法兰通过螺柱与加工平台的底部连接。所述超声换能器与法兰过盈配合连接。

进一步，所述加工平台7的底部上还设有接线构件10，所述接线构件10的底部设有第三通孔101，所述第三通孔101与第一通孔71、第二通孔81连通，所述第三通孔101与真空系统12连接。接线构件10为接线壳，接线壳便于超声换能器8接线，即便于与超声波电源11相连接。接线壳的底部设有第三通孔101，第一通孔71、第二通孔81通过第三通孔101与真空系统12连接，以实现真空系统对第一通孔和第二通孔抽真空。

优选地，所述加工平台7的形状为圆柱体、长方体或立方体，但不以此为限。

优选地，所述微细超声加工系统包括用于向微三维运动设备2、旋转设备3和加工主轴4供电的运动电源13。

加工时，先把工件100置于工作液槽6内加工平台7的工件放置面72上。如图5-7所示，根据工件是否能将加工平台上所有的通孔覆盖住而考虑是否增设堵块及增设哪种形状的堵块，以保证加工平台上的通孔被全部覆盖住。开启真空系统12，使工件100或工件100及堵块14同时固定于加工平台7上，形成对通孔的密封，然后在工作液槽6中注入适量工作液，开启超声波电源11，使工件100处于超声激励状态。开启运动控制系统1和运动电源13，控制微三维运动平台、旋转平台和加工主轴4的运作，五轴联动，从而实现工具对工件表面的微细超声加工成型。

综上所述，本实用新型提供一种微细超声加工系统，避免工件变形，避免工具振动和主轴多次拆装，提高加工精度，且操作简单易行。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种微细超声加工系统，其特征在于，包括运动控制系统、运动装置、加工装置、超声波电源和真空系统，

所述运动装置包括微三维运动设备、旋转设备和加工主轴，所述微三维运动设备与旋转设备相连接，所述加工主轴上设有工具，所述微三维运动设备、旋转设备和加工主轴分别与运动控制系统相连接；

所述加工装置包括工作液槽和设于工作液槽上的加工平台装置，所述加工平台装置包括加工平台和设于加工平台内的超声换能器，所述加工平台内设有上下贯通的第一通孔；

所述超声换能器与超声波电源相连接，所述第一通孔与真空系统相连接，所述工作液槽设于微三维运动设备和旋转设备上，所述加工主轴设于加工平台的上方；

运动控制系统，用于控制微三维运动设备、旋转设备和加工主轴的运作；

真空系统，用于实现第一通孔内真空及调节其真空度大小；

超声换能器，用于驱使加工平台上的工件振动。

2.如权利要求1所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述加工平台穿设于工作液槽的底部。

3.如权利要求1或2所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述加工平台的顶部设有用于放置工件的工件放置面，所述工件放置面设于工作液槽内，所述真空系统通过加工平台的底部与第一通孔连接。

4.如权利要求3所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述工件放置面上设有用于堵住第一通孔的堵块。

5.如权利要求1所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述第一通孔平均分布在加工平台上。

6.如权利要求1所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述超声换能器上设有上下贯通的第二通孔，所述第二通孔与真空系统连接。

7.如权利要求6所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述加工平台的底部设有用于将超声换能器设于加工平台上的连接构件，所述超声换能器与连接构件过盈配合连接。

8.如权利要求7所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述加工平台的底部上设有接线构件，所述接线构件的底部设有第三通孔，所述第三通孔与第一通孔、第二通孔连通，所述第三通孔与真空系统连接。

9.如权利要求1所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述加工平台的形状为圆柱体、长方体或立方体。

10.如权利要求1所述的微细超声加工系统，其特征在于，所述微细超声加工系统包括用于向微三维运动设备、旋转设备和加工主轴供电的运动电源。

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