一种用于精密超声加工的二维振动台的制作方法

本发明属于超声加工领域，涉及振动台，尤其是一种用于精密超声加工的二维振动台。

背景技术：

随着高新技术，材料科学的发展，先进陶瓷材料以及合金材料等特种材料已广泛应用与航空航天，生物技术，国防工业等领域。在新材料加工制备过程中，特种加工就显得尤为重要，比如电火花加工，超声加工，电化学加工等诸多特种加工对硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度等特殊材料进行加工，可得到理想的加工效果，对此，传统的加工的效果远不如特种加工，甚至无法加工，因此，冲破传统加工的束缚，不断探索，寻找新的加工方法成为了机械制造的重要的任务，为此各种的特种加工技术运用而生，并得到不断地发展。在加工的工件的基本的要求上，为了提高表面的质量，超声加工对此有着重要的作用，普通磨削加工难以保证加工精度，超声振动辅助加工能够有效的降低切削力，提高表面质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术工件表面加工精度低，磨削力大，材料去除率低等问题，提供一种能够实现高效、高精度的用于精密超声加工的二维超声振动台。

本发明专利解决技术问题所采用的技术方案是：

一种用于精密超声加工的二维振动台，包括两个超声振动装置、振动台、夹具，在振动台相邻的两侧面各固装一超声振动装置，两超声振动装置相垂直，且分别通过振动装置支撑架支撑，两振动装置支撑架的底部与一底座固装，在振动台的顶面两超声振动装置发出的超声波纵横相交的波节面上固装夹具，夹具采用一组并且尺寸不能够太大。振动台在两个超声振动装置的激励下实现椭圆运动。

而且，在振动台底面与底座之间安装振动台支撑架，所述的振动台支撑架为点支撑架或板支撑架。

而且，所述的点支撑架安装在振动台的底面中心，由立柱及支撑球构成，在立柱的顶面固装支撑球，立柱的底面与底座固装，支撑球与振动台的底面接触但不固装连接。

而且，所述的板支撑架是在振动台的底面一侧固装一支撑板，支撑板底面与底座固装，支撑板的顶面与振动台底面接触但不固装连接。

而且，振动台的长度为超声振动装置的压电换能器工作频率对应等效1/4波长的整数倍。

而且，两超声振动装置发出超声波的振幅相同。两个换能器-变幅杆处于相邻的两个平面上，因为两个波的频率、相位、初相都是一样的，由于变幅杆的相同，最后在振动台上的振幅也一样，同在一个平面上，超声波会发生抵消。

而且，所述的超声振动装置包括压电换能器、变幅杆以及连接法兰，变幅杆与振动台连接的位置是在振动台侧面的对角线交点处。在所述交点处制有连接孔，变幅杆插入连接孔内并通过螺栓连接。所述连接法兰套装在变幅杆的中部，与振动装置支撑架通过螺栓连接。在振动装置支撑架上制有一中心孔，变幅杆穿过该中心孔，中心孔与振动台侧面的连接孔同轴。

本方案是对旋转超声波加工技术的一种改进，利用数控加工中心的多轴联动集成超声振动平台对工件的内/外表面实现超声振动辅助加工。

本发明的优点和积极效果是：

1、本振动台在两个超声振动装置的激励下椭圆运动，提高了超声波加工装置的适用性，实现多维超声振动加工。

2、本振动台整体由固定螺栓固定至加工中心工作台面上，实现了超声波振动装置的机床附件化，具有通用性和互换性。

3、本振动台超声振动装置能够调节振动台的振幅和频率。振动子可根据需求更换，为振动台提供不同的振幅及频率。

4、本振动台支撑架为点支撑或板支撑，超声波传到振动台支撑架上的能量就会大量降低，能量会集中到工件的加工过程中去，不会产生没有必要的损耗。

附图说明

图1为本振动台的结构俯视图；

图2为实施例1振动台点支撑结构图；

图3为实施例2振动台板支撑结构图。

图4为两种振动台支撑架的立体结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种用于精密超声加工的二维振动台，包括两个超声振动装置1、振动台3、夹具4，在振动台相邻的两侧面各固装一超声振动装置，两超声振动装置相垂直，且分别通过振动装置支撑架5支撑，两振动装置支撑架的底部与一底座2固装。底座通过底座锁紧机构与加工中心的工作台固定。在振动台的顶面两超声振动装置发出的超声波纵横相交的波节面上固装一组夹具。振动台在两个超声振动装置的激励下，实现纵向和横向的运动，从而实现椭圆运动。

所述的超声振动装置包括压电换能器1-1、变幅杆1-2以及连接法兰1-3，变幅杆与振动台连接的位置是在振动台侧面的对角线交点处，在该交点处制有连接孔，变幅杆插入连接孔内并通过螺栓连接。所述连接法兰套装在变幅杆的中部，与振动装置支撑架通过螺栓连接，在振动装置支撑架上制有一中心孔，变幅杆穿过该中心孔，中心孔与振动台侧面的连接孔同轴。超声振动信号由超声波发生器产生并传递至振动子然后传递至振动台，能够调节振动台的振幅和频率。振动子可根据需求更换，为振动台提供不同的振幅及频率。

所述超声振动台长度为超声换能器工作频率对应等效1/4波长的整数倍。

在振动台波截面上设有螺纹孔，用于固定夹具。

在振动台底面与底座之间安装振动台支撑架，所述的振动台支撑架有两种方式，一种方式是采用点支撑，如实施例1；另一种方式采用板支撑，如实施例2。

实施例1

如图1所示，在振动台的底面中心处安装振动台支撑架，所述的振动台支撑架由立柱7及支撑球6构成，在立柱的顶面固装支撑球，立柱的底面与底座固装，支撑球与振动台的底面仅是接触但不固装连接。立柱不压迫振动台向上运动，仅提供z方向支撑。

此种结构的特点在于：振动台支撑架与振动台为点支撑，由于振动台支撑架与振动台的接触面十分接近一个点，超声波传到振动台支撑架上的能量就会大量降低，能量会集中到工件的加工过程中去，不会产生没有必要的损耗。

实施例2

如图3所示，在振动台的底面一侧固装振动台支撑架，所述的振动台支撑架为一支撑板8，支撑板底面与底座固装，支撑板的顶面与振动台底面仅接触，但不固装连接。

此种结构的特点在于：振动台支撑架的单支撑板，与振动台底面接触，振动台实现超声振动的同时，振动台支撑架不发生振动。振动台的z方向负载由振动台支撑架的单根支撑板提供支撑。此结构有利于减少振动台支撑架对振动台整体振型的影响。

支撑振动台的支撑板尽量要做到薄或窄，以避免超声波随着支架向下传递，使得振幅达不到预期要求，影响工件的加工。

实施例2与实施例1相比较，均为支撑是机构，实施例1点支撑方案由于支架与振动台的接触面十分接近一个点，超声波传到支架上的能量就会大量降低，能量会集中到工件的加工过程中去，不会产生没有必要的损耗，但实例2薄板支撑则完全不一样，支架与振动台的接触面是一个长方形，在振动台振动的时候，能量会随着支架传递到底板中去，超声波能量就会损耗一部分，使得振动台的振幅达不到预期，工件的加工效率和加工精度都会受到影响。

所以不管是从能量的角度看还是从支撑方式对振动的约束观察，都以点支撑结构较好。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。