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CN105880140A - 一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台 - Google Patents

一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台 Download PDF

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张大卫
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周雨冬
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台，包括两自由度运动解耦柔性铰链平台，柔性铰链平台包括一个居中设置的正方形工作台，正方形工作台的周围设有四个运动块，四个运动块与正方形工作台的四边一一相对，运动块的内侧和与其相对的正方形工作台的一个边通过一个并联结构的矩形柔性铰链相连，运动块的两端各通过一个串联结构的矩形柔性铰链与固定块相连，固定块采用支撑块支撑，支撑块固定在承载板上，支撑块与固定块固接；四个运动块中相邻的两个运动块分别由两个超声振动子驱动，两个超声振动子相互垂直布置，两个超声振动子分别由两个支架支撑，支架固定在承载板上。在进行微铣削加工时，采用本发明可以避免对微机床主轴的改动。

Description

一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台
技术领域
本发明涉及特种加工技术领域，特别是涉及一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台。
背景技术
在工业的各个领域内对高精密微小零件的需求正在不断增加，尤其是在航空航天、生物医学、电子通讯、环保等领域。微切削技术，特别是微铣削技术在加工三维复杂结构的微型零部件方面有着其独特的优势，已经成为加工微小三维复杂结构零件的有效途径。但是针对硬脆性材料的微铣削加工如陶瓷、硅、金刚石、光学玻璃等还存在刀具磨损严重、发热量大、表面质量差等问题。针对硬脆性材料的加工，一些学者提出将超声振动与传统加工手段相结合的方法。目前的主要应用包括超声辅助车削、超声辅助钻削、超声辅助磨削等。研究表明超声辅助加工相对于传统加工显著降低切削力、利于切削液进入加工区域降低切削温度，利于塑性材料断屑及减小脆性材料边缘崩碎。因此，将超声振动系统与微铣削加工相结合的超声辅助微铣削成为高硬脆性材料微小零部件加工的一种有效方法。
微铣削加工相对于传统铣削加工，对主轴精度提出了更高的要求，因此不能像大机床一样在机床主轴上加超声振动系统。因此，针对微铣削加工，设计一种二维振动工作台可以避免对微机床主轴的改动。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台，在进行微铣削加工时，采用该平台可以避免对微机床主轴的改动。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台，包括两自由度运动解耦柔性铰链平台，所述两自由度运动解耦柔性铰链平台包括一个居中设置的正方形工作台，所述正方形工作台的周围设有四个运动块，四个所述运动块与所述正方形工作台的四边一一相对，所述运动块的内侧和与其相对的所述正方形工作台的一个边通过一个并联结构的矩形柔性铰链相连，所述运动块的两端各通过一个串联结构的矩形柔性铰链与固定块相连，所述固定块采用支撑块支撑，所述支撑块固定在承载板上，所述支撑块与所述固定块固接；四个所述运动块中相邻的两个运动块分别由两个超声振动子驱动，两个所述超声振动子相互垂直布置，两个所述超声振动子分别由两个支架支撑，所述支架固定在所述承载板上。
所述超声振动子包括超声换能器与超声变幅杆，所述超声变幅杆采用柔性法兰支撑，所述柔性法兰固定在所述支架上。
四个所述运动块中远离所述超声振动子的两个运动块外侧各设有一刚性梁，所述刚性梁与相对的所述运动块平行，所述刚性梁与位于其两端的两个所述固定块一体成型。
本发明具有的优点和积极效果是：通过采用相互垂直的两个方向的超声振子激振串联结构的矩形柔性铰链与并联结构的矩形柔性铰链相结合的两自由度运动解耦柔性铰链平台，可以实现两个方向的超声振动，在进行微铣削加工时，采用该平台能够避免对微机床主轴的改动，使设备改动较小。超声变幅杆通过采用具有圆形剖面柔性铰链结构的法兰夹持，可以减小因夹持而造成的超声振动子频率的改变。并且本发明结构简单、可移植性强、并且可根据需求调节工作台的振动频率与振动幅值，适用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明的超声振动子结构示意图；
图5为图4的左视图。
图中：1、承载板；2、支架；3、支撑块；4、两自由度运动解耦柔性铰链平台；5、超声振动子；6、正方形工作台；7、固定块；8、并联结构的矩形柔性铰链；9、运动块；10、串联结构的矩形柔性铰链；11、刚性梁；12、超声换能器；13、超声变幅杆；14、预应力螺栓；15、后盖板；16、压电陶瓷片；17、电极18、柔性法兰。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图4，一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台，包括两自由度运动解耦柔性铰链平台4，所述两自由度运动解耦柔性铰链平台4包括一个居中设置的正方形工作台6，所述正方形工作台6的周围设有四个运动块9，四个所述运动块9与所述正方形工作台6的四边一一相对，所述运动块9的内侧和与其相对的所述正方形工作台6的一个边通过一个并联结构的矩形柔性铰链8相连，所述运动块9的两端各通过一个串联结构的矩形柔性铰链10与固定块7相连，所述固定块7采用支撑块3支撑，所述支撑块3固定在承载板1上，所述支撑块3与所述固定块7固接。
四个所述运动块9中相邻的两个运动块9分别由两个超声振动子5驱动，两个所述超声振动子5相互垂直布置，两个所述超声振动子5分别由两个支架2支撑，所述支架2固定在所述承载板1上。
在本实施例中，所述超声振动子5包括超声换能器12与超声变幅杆13，所述超声变幅杆13采用柔性法兰18支撑，所述柔性法兰18固定在所述支架2上。在所述超声变幅杆13上设置用于夹持固定超声振动子5的柔性法兰18，所述柔性法兰18可以减小因夹持而造成超声振动子频率的改变。所述柔性法兰18通过螺栓与所述振动子支架2连接，所述振动子支架2下端与所述承载板1通过螺栓连接。所述超声换能器12采用夹心式结构，由预应力螺栓14、后盖板15、压电陶瓷片16和电极17组成。所述超声变幅杆13采用具有倒角圆的阶梯形结构。
在本实施例中，四个所述运动块9中远离所述超声振动子5的两个运动块9外侧各设有一刚性梁11，所述刚性梁11与相对的所述运动块9平行，所述刚性梁11与位于其两端的两个所述固定块7一体成型。刚性梁11用于增强整个柔性铰链平台的刚度。
平台工作时，超声电源通过导线与所述电极17连接，所述超声换能器12将高频电流转换成高频机械振动，高频机械振动通过所述超声变幅杆13进行振幅放大。所述超声变幅杆13将高频机械振动传递到所述两自由度运动解耦柔性铰链平台4，使所述两自由度运动解耦柔性铰链平台4的正方形工作台6进行高频机械振动。通过调节超声电源的功率与频率可以调节正方形工作台6振动的幅值与频率。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于柔性铰链结构的二维超声振动平台，其特征在于，包括两自由度运动解耦柔性铰链平台，所述两自由度运动解耦柔性铰链平台包括一个居中设置的正方形工作台，所述正方形工作台的周围设有四个运动块，四个所述运动块与所述正方形工作台的四边一一相对，所述运动块的内侧和与其相对的所述正方形工作台的一个边通过一个并联结构的矩形柔性铰链相连，所述运动块的两端各通过一个串联结构的矩形柔性铰链与固定块相连，所述固定块采用支撑块支撑，所述支撑块固定在承载板上，所述支撑块与所述固定块固接；四个所述运动块中相邻的两个运动块分别由两个超声振动子驱动，两个所述超声振动子相互垂直布置，两个所述超声振动子分别由两个支架支撑，所述支架固定在所述承载板上。
2.根据权利要求1所述的基于柔性铰链结构的二维超声振动平台，其特征在于，所述超声振动子包括超声换能器与超声变幅杆，所述超声变幅杆采用柔性法兰支撑，所述柔性法兰固定在所述支架上。
3.根据权利要求1所述的基于柔性铰链结构的二维超声振动平台，其特征在于，四个所述运动块中远离所述超声振动子的两个运动块外侧各设有一刚性梁，所述刚性梁与相对的所述运动块平行，所述刚性梁与位于其两端的两个所述固定块一体成型。
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