旋转超声振动线切割部件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种旋转超声振动线切割部件，包括金刚石线锯、上下超声振动装置、上下旋转电机、上下电能传输装置、线锯预紧力装置和超声波发生器。超声波发生器输出的超声波电能通过压电换能器转变为超声频率的机械振动，驱动金刚石线锯进行轴向超声振动，旋转电机驱动超声振动装置进行圆周旋转运动，线锯预紧力装置提供了金刚石线锯的预紧力，该旋转超声振动线切割部件提高了单位时间内金刚石线锯和被加工工件的接触面积，结构简单、切削力小、加工效率高，从根本上解决现有超声线切割技术存在的问题。
【专利说明】旋转超声振动线切割部件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及硬脆材料切割【技术领域】，尤其是涉及一种用于硬脆材料加工用的旋转超声振动线切割部件。
【背景技术】
[0002]石材、宝石、硅晶体、石英晶体、硬质合金等硬脆材料因其具有优良稳定的物理、化学特性，在精密制造、航空航天、化工、电子、生物医学等领域得到了广泛的应用，但是目前硬脆材料加工多采用圆盘锯、带锯、线锯等加工形式，加工困难，加工精度低，成本高，原材料浪费严重，且很难加工形状复杂的工件，金刚石线锯虽然说能够加工出复制的曲面，但是其线锯绕过导轮，线锯张力不同，金刚石颗粒与基体容易脱落，加工性能下降，生产成本提闻。
[0003]为了克服上述硬脆材料切割技术中的不足，在专利号为:ZL03133682.5，发明名称为《硬脆材料加工用的超声波线切割锯》的专利文献中，公开了一种超声波线切割锯，通过曲柄连杆往复运动结构，使超声振动金刚石线切割锯进行往复运动切割，取得了较好的实验效果，但是曲柄连杆机构往复的线速度不够均匀，金刚石线锯不是旋转切削导致金刚石线锯单边磨损较快，影响了超声振动金刚石线锯的切削效果，因此需要进一步改进来提高超声振动金刚石线切割锯的加工效率和加工精度。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供了一种新型的旋转超声振动线切割部件，目的是为了克服现有超声振动线切割装置中存在的不足，提高超声振动金刚石线切割装置的加工效率和加工精度。
[0005]旋转超声振动线切割部件，该部件包括金刚石线锯、上超声振动装置、下超声振动装置、上旋转电机、下旋转电机、上电能传输装置、下电能传输装置、线锯预紧力装置和超声波发生器。
[0006]上下超声振动装置均包括压电换能器、变幅杆和外壳，下超声振动装置通过其外壳和下旋转电机的旋转轴相联接，下旋转电机通过螺钉安装在机床的下工作臂上，上超声振动装置通过其外壳和上旋转电机的旋转轴相联接，上旋转电机和线锯预紧力装置的下端相连，线锯预紧力装置的上端安装在机床的上工作臂上，在上下两超声振动装置的变幅杆之间安装有金刚石线锯。
[0007]线锯预紧力装置包括弹簧、导向柱和导向套，弹簧下端和上旋转电机相连，弹簧上端和机床的上工作臂相连。导向柱与旋转电机相连，导向套与机床的上工作臂相连，导向柱通过间隙配合插入到导向套内，导向柱和导向套配合保证弹簧在提供预紧力的同时不发生偏斜，金刚石线锯始终保持在绷紧直线状态。
[0008]在上旋转电机和上超声振动装置之间安装有上电能传输装置，在下旋转电机和下超声振动装置之间安装有下电能传输装置，电能传输装置的作用是将超声波发生器输出的电能传送到压电换能器，电能传输装置采用碳刷集流环的电能传输装置或是利用电磁感应原理的非接触电能传输装置均可。
[0009]超声波发生器输出两路超声波电能，且输出至上下两压电换能器的超声波电能存在180°的相位差，压电换能器将超声波电能转变为超声频率的机械振动，即当上压电换能器的变幅杆前端收缩向上振动时，下压电换能器的变幅杆前端就伸长向上振动，当上压电换能器的变幅杆前端伸长向下振动时，下压电换能器的变幅杆前端就收缩向下振动，进而两压电换能器驱动金刚石线锯进行同向的轴向超声振动。
[0010]上下两个旋转电机均是带有旋转编码器的转速和相位可控电机，上下旋转电机驱动上下两个超声振动装置进行同步圆周旋转运动。
[0011]工作时，旋转超声振动线切割部件安装在具有上下往复运动的机床工作臂上，工件安装两轴或多轴联动工作台上，金刚石线锯处于高频超声振动、上下往复运动和圆周旋转运动的复合运动状态。工件在工作台上按照指定轨迹移动，当工件和金刚石线锯相接触时，即可实现工件的旋转超声振动线切割加工。相比现有文献介绍的超声波线切割锯，该旋转超声振动线切割部件提高了单位时间内金刚石线锯和被加工工件的的接触面积，结构简单、切削力小、加工效率高、控制简单，从根本上解决现有超声线切割技术存在的问题，应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的结构示意图。
[0013]图2是本实用新型的上超声振动装置结构示意图。
[0014]图3是本实用新型的下超声振动装置结构示意图。
[0015]图4是本实用新型应用实例结构示意图。
[0016]图中标号说明:1.下工作臂，2.下旋转电机，3.下电能传输装置，4.下超声振动装置，401.A变幅杆，402.A压电换能器，403.A外壳，5.金刚石线锯，6.上超声振动装置，601.B变幅杆，602.B压电换能器，603.B外壳，7.上电能传输装置，8.上旋转电机，9.线锯预紧力装置，901.弹簧，902.导向柱，903.导向套，10.上工作臂，11.线架，12.立柱，13床身。
【具体实施方式】
[0017]结合图1-3所示,旋转超声振动线切割部件包括金刚石线锯5、上超声振动装置6、下超声振动装置4、上旋转电机8、下旋转电机2、上电能传输装置7、下电能传输装置3、线锯预紧力装置9和超声波发生器，
[0018]上下超声振动装置均包括压电换能器、变幅杆和外壳，压电换能器直径为30mm，压电陶瓷片材料为PZT-8，尺寸为:Φ如压电陶瓷片的片数为2，压电换能器的固有频率为20.ΙΚΗζ，压电换能器功率为200W，变幅杆末端输出振幅为24微米。
[0019]下超声振动装置4通过其A外壳403和下旋转电机2的旋转轴相联接，下旋转电机2通过螺钉安装在机床的下工作臂I上，上超声振动装置6通过其B外壳603和上旋转电机8的旋转轴相联接，上旋转电机8和线锯预紧力装置9的下端相连，线锯预紧力装置9的上端安装在机床的上工作臂10上，在上下两超声振动装置的变幅杆之间安装有金刚石线锯5。
[0020]线锯预紧力装置9包括弹簧901、导向柱902和导向套903，弹簧901下端和上旋转电机8相连，弹簧901上端和机床的上工作臂10相连。导向柱902与上旋转电机8相连，导向套903与上工作臂10相连，导向柱902通过间隙配合插入到导向套903内，间隙大小为0.03mm，保证弹簧901在提供预紧力的同时不发生偏斜，弹簧901预紧力为30N，金刚石线锯5始终保持竖直方向。
[0021]在上下两超声振动装置的变幅杆之间安装有金刚石线锯5，金刚石线锯5直径为
0.5mm,金刚石粒度为200#，金刚石线锯5长度为500mm，在上旋转电机8和上超声振动装置6之间安装有利用电磁感应原理设计的上非接触电能传输装置7，在下旋转电机2和下超声振动装置4之间安装有利用电磁感应原理设计的下非接触电能传输装置3。
[0022]超声波发生器输出两路超声波电能，且输出至上下两压电换能器的超声波电能存在180°的相位差，压电换能器将超声波电能转变为机械振动，即当上压电换能器602的变幅杆601前端收缩向上振动时，下压电换能器402的变幅杆401前端就伸长向上振动，当上压电换能器602的变幅杆601前端伸长向下振动时，下压电换能器402的变幅杆401前端就收缩向下振动，进而两压电换能器驱动金刚石线锯5进行同向的超声振动，上下旋转电机驱动上下两个超声振动装置进行同步旋转，并由往复运动机构驱动超声振动装置和金刚石线锯5进行上下往复运动。
[0023]结合图4所示，工作时，金刚石线锯5处于高频超声振动、上下往复运动和圆周旋转运动的复合运动状态。超声振动频率为20.ΙΚΗζ，超声振动装置旋转速度为800r/min，上下往复运动速度为1000mm/min，金刚石线锯9的轴向预紧力为30N，侧向压力为8N，对厚度为20mm，长宽200x100mm的SiC玻璃进行直线切削加工，金刚石线锯5切削进给速度达到35mm/min0
【权利要求】
1.旋转超声振动线切割部件，该部件包括金刚石线锯、上超声振动装置、下超声振动装置、上旋转电机、下旋转电机、上电能传输装置、下电能传输装置、线锯预紧力装置和超声波发生器，其特征在于:上下超声振动装置均包括压电换能器、变幅杆和外壳，下超声振动装置通过其外壳和下旋转电机的旋转轴相联接，下旋转电机通过螺钉安装在机床的下工作臂上，上超声振动装置通过其外壳和上旋转电机的旋转轴相联接，上旋转电机和线锯预紧力装置的下端相连，线锯预紧力装置的上端安装在机床的上工作臂上，在上下两超声振动装置的变幅杆之间安装有金刚石线锯，线锯预紧力装置包括弹簧、导向柱和导向套，弹簧下端和上旋转电机相连，弹簧上端和机床的上工作臂相连，导向柱与上旋转电机相连，导向套与机床的上工作臂相连，导向柱通过间隙配合插入到导向套内，在上旋转电机和上超声振动装置之间安装有上电能传输装置，在下旋转电机和下超声振动装置之间安装有下电能传输>j-U ρ?α装直。
2.根据权利要求1所述的旋转超声振动线切割部件，其特征在于:所述的电能传输装置是碳刷集流环电能传输装置。
3.根据权利要求1所述的旋转超声振动线切割部件，其特征在于:所述的电能传输装置是利用电磁感应原理的的非接触电能传输装置。
4.根据权利要求1-3中任意一条所述的旋转超声振动线切割部件，其特征在于:所述的上旋转电机是带有旋转编码器的转速和相位可控电机。
5.根据权利要求1-3中任意一条所述的旋转超声振动线切割部件，其特征在于:所述的下旋转电机是带有旋转编码器的转速和相位可控电机。
【文档编号】B28D5/00GK203957168SQ201420411788
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】殷振, 李艳, 李华, 曹自洋, 汪帮富, 徐力, 吴阳, 邵晓炳 申请人:苏州科技学院