一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺，包括兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺，柔性鉸鏈平臺包括一個居中設(shè)置的正方形工作臺，正方形工作臺的周圍設(shè)有四個運(yùn)動塊，四個運(yùn)動塊與正方形工作臺的四邊一一相對，運(yùn)動塊的內(nèi)側(cè)和與其相對的正方形工作臺的一個邊通過一個并聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈相連，運(yùn)動塊的兩端各通過一個串聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈與固定塊相連，固定塊采用支撐塊支撐，支撐塊固定在承載板上，支撐塊與固定塊固接；四個運(yùn)動塊中相鄰的兩個運(yùn)動塊分別由兩個超聲振動子驅(qū)動，兩個超聲振動子相互垂直布置，兩個超聲振動子分別由兩個支架支撐，支架固定在承載板上。在進(jìn)行微銑削加工時，采用本發(fā)明可以避免對微機(jī)床主軸的改動。
【專利說明】
一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及特種加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)的各個領(lǐng)域內(nèi)對高精密微小零件的需求正在不斷增加，尤其是在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、電子通訊、環(huán)保等領(lǐng)域。微切削技術(shù)，特別是微銑削技術(shù)在加工三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微型零部件方面有著其獨(dú)特的優(yōu)勢，已經(jīng)成為加工微小三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的有效途徑。但是針對硬脆性材料的微銑削加工如陶瓷、硅、金剛石、光學(xué)玻璃等還存在刀具磨損嚴(yán)重、發(fā)熱量大、表面質(zhì)量差等問題。針對硬脆性材料的加工，一些學(xué)者提出將超聲振動與傳統(tǒng)加工手段相結(jié)合的方法。目前的主要應(yīng)用包括超聲輔助車削、超聲輔助鉆削、超聲輔助磨削等。研究表明超聲輔助加工相對于傳統(tǒng)加工顯著降低切削力、利于切削液進(jìn)入加工區(qū)域降低切削溫度，利于塑性材料斷肩及減小脆性材料邊緣崩碎。因此，將超聲振動系統(tǒng)與微銑削加工相結(jié)合的超聲輔助微銑削成為高硬脆性材料微小零部件加工的一種有效方法。
[0003]微銑削加工相對于傳統(tǒng)銑削加工，對主軸精度提出了更高的要求，因此不能像大機(jī)床一樣在機(jī)床主軸上加超聲振動系統(tǒng)。因此，針對微銑削加工，設(shè)計一種二維振動工作臺可以避免對微機(jī)床主軸的改動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺，在進(jìn)行微銑削加工時，采用該平臺可以避免對微機(jī)床主軸的改動。
[0005]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺，包括兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺，所述兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺包括一個居中設(shè)置的正方形工作臺，所述正方形工作臺的周圍設(shè)有四個運(yùn)動塊，四個所述運(yùn)動塊與所述正方形工作臺的四邊一一相對，所述運(yùn)動塊的內(nèi)側(cè)和與其相對的所述正方形工作臺的一個邊通過一個并聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈相連，所述運(yùn)動塊的兩端各通過一個串聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈與固定塊相連，所述固定塊采用支撐塊支撐，所述支撐塊固定在承載板上，所述支撐塊與所述固定塊固接；四個所述運(yùn)動塊中相鄰的兩個運(yùn)動塊分別由兩個超聲振動子驅(qū)動，兩個所述超聲振動子相互垂直布置，兩個所述超聲振動子分別由兩個支架支撐，所述支架固定在所述承載板上。
[0006]所述超聲振動子包括超聲換能器與超聲變幅桿，所述超聲變幅桿采用柔性法蘭支撐，所述柔性法蘭固定在所述支架上。
[0007]四個所述運(yùn)動塊中遠(yuǎn)離所述超聲振動子的兩個運(yùn)動塊外側(cè)各設(shè)有一剛性梁，所述剛性梁與相對的所述運(yùn)動塊平行，所述剛性梁與位于其兩端的兩個所述固定塊一體成型。
[0008]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:通過采用相互垂直的兩個方向的超聲振子激振串聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈與并聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈相結(jié)合的兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺，可以實現(xiàn)兩個方向的超聲振動，在進(jìn)行微銑削加工時，采用該平臺能夠避免對微機(jī)床主軸的改動，使設(shè)備改動較小。超聲變幅桿通過采用具有圓形剖面柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的法蘭夾持，可以減小因夾持而造成的超聲振動子頻率的改變。并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、可移植性強(qiáng)、并且可根據(jù)需求調(diào)節(jié)工作臺的振動頻率與振動幅值，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明的主視圖；
[0011]圖3為本發(fā)明的俯視圖；
[0012]圖4為本發(fā)明的超聲振動子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖5為圖4的左視圖。
[0014]圖中:1、承載板;2、支架;3、支撐塊;4、兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺；5、超聲振動子;6、正方形工作臺；7、固定塊;8、并聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈;9、運(yùn)動塊；10、串聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈；11、剛性梁；12、超聲換能器；13、超聲變幅桿；14、預(yù)應(yīng)力螺栓；15、后蓋板；16、壓電陶瓷片；17、電極18、柔性法蘭。
【具體實施方式】
[0015]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0016]請參閱圖1?圖4，一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺，包括兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺4，所述兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺4包括一個居中設(shè)置的正方形工作臺6，所述正方形工作臺6的周圍設(shè)有四個運(yùn)動塊9，四個所述運(yùn)動塊9與所述正方形工作臺6的四邊一一相對，所述運(yùn)動塊9的內(nèi)側(cè)和與其相對的所述正方形工作臺6的一個邊通過一個并聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈8相連，所述運(yùn)動塊9的兩端各通過一個串聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈10與固定塊7相連，所述固定塊7采用支撐塊3支撐，所述支撐塊3固定在承載板I上，所述支撐塊3與所述固定塊7固接。
[0017]四個所述運(yùn)動塊9中相鄰的兩個運(yùn)動塊9分別由兩個超聲振動子5驅(qū)動，兩個所述超聲振動子5相互垂直布置，兩個所述超聲振動子5分別由兩個支架2支撐，所述支架2固定在所述承載板I上。
[0018]在本實施例中，所述超聲振動子5包括超聲換能器12與超聲變幅桿13，所述超聲變幅桿13采用柔性法蘭18支撐，所述柔性法蘭18固定在所述支架2上。在所述超聲變幅桿13上設(shè)置用于夾持固定超聲振動子5的柔性法蘭18，所述柔性法蘭18可以減小因夾持而造成超聲振動子頻率的改變。所述柔性法蘭18通過螺栓與所述振動子支架2連接，所述振動子支架2下端與所述承載板I通過螺栓連接。所述超聲換能器12采用夾心式結(jié)構(gòu)，由預(yù)應(yīng)力螺栓14、后蓋板15、壓電陶瓷片16和電極17組成。所述超聲變幅桿13采用具有倒角圓的階梯形結(jié)構(gòu)。
[0019]在本實施例中，四個所述運(yùn)動塊9中遠(yuǎn)離所述超聲振動子5的兩個運(yùn)動塊9外側(cè)各設(shè)有一剛性梁11，所述剛性梁11與相對的所述運(yùn)動塊9平行，所述剛性梁11與位于其兩端的兩個所述固定塊7—體成型。剛性梁11用于增強(qiáng)整個柔性鉸鏈平臺的剛度。
[0020]平臺工作時，超聲電源通過導(dǎo)線與所述電極17連接，所述超聲換能器12將高頻電流轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，高頻機(jī)械振動通過所述超聲變幅桿13進(jìn)行振幅放大。所述超聲變幅桿13將高頻機(jī)械振動傳遞到所述兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺4，使所述兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺4的正方形工作臺6進(jìn)行高頻機(jī)械振動。通過調(diào)節(jié)超聲電源的功率與頻率可以調(diào)節(jié)正方形工作臺6振動的幅值與頻率。
[0021]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺，其特征在于，包括兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺，所述兩自由度運(yùn)動解耦柔性鉸鏈平臺包括一個居中設(shè)置的正方形工作臺，所述正方形工作臺的周圍設(shè)有四個運(yùn)動塊，四個所述運(yùn)動塊與所述正方形工作臺的四邊一一相對，所述運(yùn)動塊的內(nèi)側(cè)和與其相對的所述正方形工作臺的一個邊通過一個并聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈相連，所述運(yùn)動塊的兩端各通過一個串聯(lián)結(jié)構(gòu)的矩形柔性鉸鏈與固定塊相連，所述固定塊采用支撐塊支撐，所述支撐塊固定在承載板上，所述支撐塊與所述固定塊固接；四個所述運(yùn)動塊中相鄰的兩個運(yùn)動塊分別由兩個超聲振動子驅(qū)動，兩個所述超聲振動子相互垂直布置，兩個所述超聲振動子分別由兩個支架支撐，所述支架固定在所述承載板上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺，其特征在于，所述超聲振動子包括超聲換能器與超聲變幅桿，所述超聲變幅桿采用柔性法蘭支撐，所述柔性法蘭固定在所述支架上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維超聲振動平臺，其特征在于，四個所述運(yùn)動塊中遠(yuǎn)離所述超聲振動子的兩個運(yùn)動塊外側(cè)各設(shè)有一剛性梁，所述剛性梁與相對的所述運(yùn)動塊平行，所述剛性梁與位于其兩端的兩個所述固定塊一體成型。
【文檔編號】B06B3/02GK105880140SQ201610202687
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】袁言杰, 景秀并, 張大衛(wèi), 王福軍, 周雨冬
【申請人】天津大學(xué)