旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，包括金剛石線鋸、上下超聲振動裝置、上下旋轉(zhuǎn)電機(jī)、上下電能傳輸裝置、線鋸預(yù)緊力裝置和超聲波發(fā)生器。超聲波發(fā)生器輸出的超聲波電能通過壓電換能器轉(zhuǎn)變?yōu)槌曨l率的機(jī)械振動，驅(qū)動金剛石線鋸進(jìn)行軸向超聲振動，旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動超聲振動裝置進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，線鋸預(yù)緊力裝置提供了金剛石線鋸的預(yù)緊力，該旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件提高了單位時間內(nèi)金剛石線鋸和被加工工件的接觸面積，結(jié)構(gòu)簡單、切削力小、加工效率高，從根本上解決現(xiàn)有超聲線切割技術(shù)存在的問題。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及硬脆材料切割【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種用于硬脆材料加工用的旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件。

【背景技術(shù)】
[0002]石材、寶石、硅晶體、石英晶體、硬質(zhì)合金等硬脆材料因其具有優(yōu)良穩(wěn)定的物理、化學(xué)特性，在精密制造、航空航天、化工、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是目前硬脆材料加工多采用圓盤鋸、帶鋸、線鋸等加工形式，加工困難，加工精度低，成本高，原材料浪費(fèi)嚴(yán)重，且很難加工形狀復(fù)雜的工件，金剛石線鋸雖然說能夠加工出復(fù)制的曲面，但是其線鋸繞過導(dǎo)輪，線鋸張力不同，金剛石顆粒與基體容易脫落，加工性能下降，生產(chǎn)成本提聞。
[0003]為了克服上述硬脆材料切割技術(shù)中的不足，在專利號為:ZL03133682.5，發(fā)明名稱為《硬脆材料加工用的超聲波線切割鋸》的專利文獻(xiàn)中，公開了一種超聲波線切割鋸，通過曲柄連桿往復(fù)運(yùn)動結(jié)構(gòu)，使超聲振動金剛石線切割鋸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動切割，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，但是曲柄連桿機(jī)構(gòu)往復(fù)的線速度不夠均勻，金剛石線鋸不是旋轉(zhuǎn)切削導(dǎo)致金剛石線鋸單邊磨損較快，影響了超聲振動金剛石線鋸的切削效果，因此需要進(jìn)一步改進(jìn)來提高超聲振動金剛石線切割鋸的加工效率和加工精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供了一種新型的旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，目的是為了克服現(xiàn)有超聲振動線切割裝置中存在的不足，提高超聲振動金剛石線切割裝置的加工效率和加工精度。
[0005]旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，該部件包括金剛石線鋸、上超聲振動裝置、下超聲振動裝置、上旋轉(zhuǎn)電機(jī)、下旋轉(zhuǎn)電機(jī)、上電能傳輸裝置、下電能傳輸裝置、線鋸預(yù)緊力裝置和超聲波發(fā)生器。
[0006]上下超聲振動裝置均包括壓電換能器、變幅桿和外殼，下超聲振動裝置通過其外殼和下旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，下旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過螺釘安裝在機(jī)床的下工作臂上，上超聲振動裝置通過其外殼和上旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，上旋轉(zhuǎn)電機(jī)和線鋸預(yù)緊力裝置的下端相連，線鋸預(yù)緊力裝置的上端安裝在機(jī)床的上工作臂上，在上下兩超聲振動裝置的變幅桿之間安裝有金剛石線鋸。
[0007]線鋸預(yù)緊力裝置包括彈簧、導(dǎo)向柱和導(dǎo)向套，彈簧下端和上旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，彈簧上端和機(jī)床的上工作臂相連。導(dǎo)向柱與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，導(dǎo)向套與機(jī)床的上工作臂相連，導(dǎo)向柱通過間隙配合插入到導(dǎo)向套內(nèi)，導(dǎo)向柱和導(dǎo)向套配合保證彈簧在提供預(yù)緊力的同時不發(fā)生偏斜，金剛石線鋸始終保持在繃緊直線狀態(tài)。
[0008]在上旋轉(zhuǎn)電機(jī)和上超聲振動裝置之間安裝有上電能傳輸裝置，在下旋轉(zhuǎn)電機(jī)和下超聲振動裝置之間安裝有下電能傳輸裝置，電能傳輸裝置的作用是將超聲波發(fā)生器輸出的電能傳送到壓電換能器，電能傳輸裝置采用碳刷集流環(huán)的電能傳輸裝置或是利用電磁感應(yīng)原理的非接觸電能傳輸裝置均可。
[0009]超聲波發(fā)生器輸出兩路超聲波電能，且輸出至上下兩壓電換能器的超聲波電能存在180°的相位差，壓電換能器將超聲波電能轉(zhuǎn)變?yōu)槌曨l率的機(jī)械振動，即當(dāng)上壓電換能器的變幅桿前端收縮向上振動時，下壓電換能器的變幅桿前端就伸長向上振動，當(dāng)上壓電換能器的變幅桿前端伸長向下振動時，下壓電換能器的變幅桿前端就收縮向下振動，進(jìn)而兩壓電換能器驅(qū)動金剛石線鋸進(jìn)行同向的軸向超聲振動。
[0010]上下兩個旋轉(zhuǎn)電機(jī)均是帶有旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速和相位可控電機(jī)，上下旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動上下兩個超聲振動裝置進(jìn)行同步圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0011]工作時，旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件安裝在具有上下往復(fù)運(yùn)動的機(jī)床工作臂上，工件安裝兩軸或多軸聯(lián)動工作臺上，金剛石線鋸處于高頻超聲振動、上下往復(fù)運(yùn)動和圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的復(fù)合運(yùn)動狀態(tài)。工件在工作臺上按照指定軌跡移動，當(dāng)工件和金剛石線鋸相接觸時，即可實(shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割加工。相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的超聲波線切割鋸，該旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件提高了單位時間內(nèi)金剛石線鋸和被加工工件的的接觸面積，結(jié)構(gòu)簡單、切削力小、加工效率高、控制簡單，從根本上解決現(xiàn)有超聲線切割技術(shù)存在的問題，應(yīng)用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型的上超聲振動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本實(shí)用新型的下超聲振動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中標(biāo)號說明:1.下工作臂，2.下旋轉(zhuǎn)電機(jī)，3.下電能傳輸裝置，4.下超聲振動裝置，401.A變幅桿，402.A壓電換能器，403.A外殼，5.金剛石線鋸，6.上超聲振動裝置，601.B變幅桿，602.B壓電換能器，603.B外殼，7.上電能傳輸裝置，8.上旋轉(zhuǎn)電機(jī)，9.線鋸預(yù)緊力裝置，901.彈簧，902.導(dǎo)向柱，903.導(dǎo)向套，10.上工作臂，11.線架，12.立柱，13床身。

【具體實(shí)施方式】
[0017]結(jié)合圖1-3所示,旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件包括金剛石線鋸5、上超聲振動裝置6、下超聲振動裝置4、上旋轉(zhuǎn)電機(jī)8、下旋轉(zhuǎn)電機(jī)2、上電能傳輸裝置7、下電能傳輸裝置3、線鋸預(yù)緊力裝置9和超聲波發(fā)生器，
[0018]上下超聲振動裝置均包括壓電換能器、變幅桿和外殼，壓電換能器直徑為30mm，壓電陶瓷片材料為PZT-8，尺寸為:Φ如壓電陶瓷片的片數(shù)為2，壓電換能器的固有頻率為20.ΙΚΗζ，壓電換能器功率為200W，變幅桿末端輸出振幅為24微米。
[0019]下超聲振動裝置4通過其A外殼403和下旋轉(zhuǎn)電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，下旋轉(zhuǎn)電機(jī)2通過螺釘安裝在機(jī)床的下工作臂I上，上超聲振動裝置6通過其B外殼603和上旋轉(zhuǎn)電機(jī)8的旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，上旋轉(zhuǎn)電機(jī)8和線鋸預(yù)緊力裝置9的下端相連，線鋸預(yù)緊力裝置9的上端安裝在機(jī)床的上工作臂10上，在上下兩超聲振動裝置的變幅桿之間安裝有金剛石線鋸5。
[0020]線鋸預(yù)緊力裝置9包括彈簧901、導(dǎo)向柱902和導(dǎo)向套903，彈簧901下端和上旋轉(zhuǎn)電機(jī)8相連，彈簧901上端和機(jī)床的上工作臂10相連。導(dǎo)向柱902與上旋轉(zhuǎn)電機(jī)8相連，導(dǎo)向套903與上工作臂10相連，導(dǎo)向柱902通過間隙配合插入到導(dǎo)向套903內(nèi)，間隙大小為0.03mm，保證彈簧901在提供預(yù)緊力的同時不發(fā)生偏斜，彈簧901預(yù)緊力為30N，金剛石線鋸5始終保持豎直方向。
[0021]在上下兩超聲振動裝置的變幅桿之間安裝有金剛石線鋸5，金剛石線鋸5直徑為
0.5mm,金剛石粒度為200#，金剛石線鋸5長度為500mm，在上旋轉(zhuǎn)電機(jī)8和上超聲振動裝置6之間安裝有利用電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的上非接觸電能傳輸裝置7，在下旋轉(zhuǎn)電機(jī)2和下超聲振動裝置4之間安裝有利用電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的下非接觸電能傳輸裝置3。
[0022]超聲波發(fā)生器輸出兩路超聲波電能，且輸出至上下兩壓電換能器的超聲波電能存在180°的相位差，壓電換能器將超聲波電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動，即當(dāng)上壓電換能器602的變幅桿601前端收縮向上振動時，下壓電換能器402的變幅桿401前端就伸長向上振動，當(dāng)上壓電換能器602的變幅桿601前端伸長向下振動時，下壓電換能器402的變幅桿401前端就收縮向下振動，進(jìn)而兩壓電換能器驅(qū)動金剛石線鋸5進(jìn)行同向的超聲振動，上下旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動上下兩個超聲振動裝置進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，并由往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動超聲振動裝置和金剛石線鋸5進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動。
[0023]結(jié)合圖4所示，工作時，金剛石線鋸5處于高頻超聲振動、上下往復(fù)運(yùn)動和圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的復(fù)合運(yùn)動狀態(tài)。超聲振動頻率為20.ΙΚΗζ，超聲振動裝置旋轉(zhuǎn)速度為800r/min，上下往復(fù)運(yùn)動速度為1000mm/min，金剛石線鋸9的軸向預(yù)緊力為30N，側(cè)向壓力為8N，對厚度為20mm，長寬200x100mm的SiC玻璃進(jìn)行直線切削加工，金剛石線鋸5切削進(jìn)給速度達(dá)到35mm/min0
【權(quán)利要求】
1.旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，該部件包括金剛石線鋸、上超聲振動裝置、下超聲振動裝置、上旋轉(zhuǎn)電機(jī)、下旋轉(zhuǎn)電機(jī)、上電能傳輸裝置、下電能傳輸裝置、線鋸預(yù)緊力裝置和超聲波發(fā)生器，其特征在于:上下超聲振動裝置均包括壓電換能器、變幅桿和外殼，下超聲振動裝置通過其外殼和下旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，下旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過螺釘安裝在機(jī)床的下工作臂上，上超聲振動裝置通過其外殼和上旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，上旋轉(zhuǎn)電機(jī)和線鋸預(yù)緊力裝置的下端相連，線鋸預(yù)緊力裝置的上端安裝在機(jī)床的上工作臂上，在上下兩超聲振動裝置的變幅桿之間安裝有金剛石線鋸，線鋸預(yù)緊力裝置包括彈簧、導(dǎo)向柱和導(dǎo)向套，彈簧下端和上旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，彈簧上端和機(jī)床的上工作臂相連，導(dǎo)向柱與上旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，導(dǎo)向套與機(jī)床的上工作臂相連，導(dǎo)向柱通過間隙配合插入到導(dǎo)向套內(nèi)，在上旋轉(zhuǎn)電機(jī)和上超聲振動裝置之間安裝有上電能傳輸裝置，在下旋轉(zhuǎn)電機(jī)和下超聲振動裝置之間安裝有下電能傳輸>j-U ρ?α裝直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，其特征在于:所述的電能傳輸裝置是碳刷集流環(huán)電能傳輸裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，其特征在于:所述的電能傳輸裝置是利用電磁感應(yīng)原理的的非接觸電能傳輸裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一條所述的旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，其特征在于:所述的上旋轉(zhuǎn)電機(jī)是帶有旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速和相位可控電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一條所述的旋轉(zhuǎn)超聲振動線切割部件，其特征在于:所述的下旋轉(zhuǎn)電機(jī)是帶有旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速和相位可控電機(jī)。
【文檔編號】B28D5/00GK203957168SQ201420411788
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】殷振, 李艷, 李華, 曹自洋, 汪幫富, 徐力, 吳陽, 邵曉炳 申請人:蘇州科技學(xué)院