專利名稱：納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研磨拋光機設(shè)備，特別是一種納米力學(xué)表征試樣 的聲懸浮拋光設(shè)備。
背景技術(shù)：
納米壓痕系統(tǒng)技術(shù)正逐漸成為納米力學(xué)表征領(lǐng)域最重要的測試 手段之一，它可以精確地完成量程為數(shù)十個納米的壓痕實驗，形成了 納米壓痕測量技術(shù)。然而，納米力學(xué)表征的試樣制備方法就是該領(lǐng)域 公認(rèn)的、亟待解決的技術(shù)難題。現(xiàn)今使用的比較多的加工方法是聚焦 離子束加工，彈性發(fā)射加工，流體振動拋光技術(shù)等，這些方法雖然在 納米力學(xué)表征的試樣制備中取得了一定的成效，但同樣存在著不少問 題。如聚焦離子束加工，其缺點是離子注入固體內(nèi)形成三種結(jié)構(gòu)缺陷
空位、填隙雜質(zhì)原子和替代雜質(zhì)原子，目前尚不能度量其作用形式；
且對金剛石壓頭有污染，樣品形成一定深度的損傷(非晶層)。相比而 言，拋光加工在納米力學(xué)表征的試樣制備中顯得更經(jīng)濟、操作簡單、 實用性好，但會出現(xiàn)表層及亞表層位錯、應(yīng)變、殘余應(yīng)力較大的問題。 以彈性發(fā)射加工等為代表的非接觸式拋光加工實現(xiàn)了原子級去除。且 無需特殊制作的特殊結(jié)構(gòu)拋光盤、易實現(xiàn)、操作簡單、經(jīng)濟性佳等優(yōu) 點，但由于彈性發(fā)射加工采用聚氨酯球做為拋光頭，需要對磨損量進(jìn) 行控制，此外工作臺的進(jìn)給運動也容易在工件表面形成波紋。又如流 體振動拋光新技術(shù)，以摩擦、空化射流和化學(xué)作用為材料主要去除原 因，能實現(xiàn)較高的加工精度，但其沒有對超聲的能量進(jìn)行有效控制，
難以避免超聲空化的不利影響，加工表面仍然有坑點的缺陷，此外對
表面損傷也沒有進(jìn)行系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有納米力學(xué)表征的試樣制備設(shè)備的適用性較差、拋光 效果差的不足，本發(fā)明提供一種適用性好、具有良好的拋光效果的納 米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，包括機架、脈沖電源、 用于夾持待加工工件的夾具、超聲換能器、用于存放拋光液的容器、 超聲反射端以及用于調(diào)整超聲波反射端與超聲換能器之間距離的調(diào)諧 機構(gòu)，所述超聲換能器、容器以及調(diào)諧機構(gòu)均安裝在機架上方，所述 脈沖電源與所述超聲換能器連接，所述容器位于所述超聲換能器的下 方，所述夾具位于所述容器的上方，所述夾具與帶輪傳動機構(gòu)連接， 所述超聲波反射端位于容器下方，所述超聲波反射端與所述超聲換能 器配合，所述超聲反射端與所述調(diào)諧機構(gòu)連接。
作為優(yōu)選的一種方案所述帶輪傳動機構(gòu)包括第一帶輪、傳動帶、 第二帶輪和驅(qū)動電機，所述第一帶輪與所述夾具同軸連接，所述第一 帶輪通過傳動帶與第二帶輪連接，所述第二帶輪的轉(zhuǎn)軸與所述驅(qū)動電 機的輸出軸聯(lián)接。
進(jìn)一步，所述調(diào)諧機構(gòu)包括導(dǎo)軌、滑塊和微調(diào)按鈕，所述導(dǎo)軌安 裝在機架上，所述超聲波反射端安裝在滑塊上，所述滑塊與所述導(dǎo)軌 可上下滑動連接，所述微調(diào)按鈕安裝在滑塊的下方。
所述微調(diào)按鈕與所述導(dǎo)軌螺紋連接。
所述超聲換能器連接第一減震器，所述第一減震器安裝在機架上，
所述超聲波反射器連接第二減震器，所述第二減震器安裝在滑塊上。
所述第一減震器連接壓電傳感器，所述壓電傳感器安裝在機架上，
所述超聲波反射器連接壓電致動器。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為懸浮技術(shù)在工程中的應(yīng)用也比較廣泛，如
磁懸浮、氣懸浮、電懸浮等在超精密加工中起著重要的作用，但在加
工中也存在著不少問題如對加工的材質(zhì)有一定的選擇性、對拋光液
會產(chǎn)生一定的不利影響等。
所述超聲波發(fā)射端是一圓盤，緊固在所述固定塊的端部，由所述 超聲換能器驅(qū)動，以推挽方式工作，激發(fā)空氣中的超聲振動。所述反 射端與所述發(fā)射端之間的區(qū)域是懸浮區(qū)域(容器內(nèi)的區(qū)域)，所述反射 端的作用是反射由所述發(fā)射端發(fā)射的超聲波從而在懸浮區(qū)域形成駐 波。通過所述調(diào)諧機構(gòu)調(diào)節(jié)所述反射端與所述發(fā)射端之間的距離，可 以使聲源與空氣的渦合達(dá)到最佳，發(fā)生共振。改變所述反射端一所述 發(fā)射端間距，可以獲得不同的諧振模式。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、將能量傳遞給拋光粒子，實現(xiàn) 原子級去除；2、提高磨粒的分散性，使拋光液中的磨粒始終懸浮在拋
光液中，實現(xiàn)對工件的材料去除；3、與彈性發(fā)射加工方法相比，能有 效避免拋光頭磨損的不利影響；4、與流體振動拋光技術(shù)相比，聲懸浮 拋光方法可以有效控制參與拋光的磨粒動能，因此可以對表面損傷加 以控制，具有良好的拋光效果；5、由于具有發(fā)反射效應(yīng)，可以有效控 制液體空化現(xiàn)象導(dǎo)致磨粒的高射流對表面損傷；同時聲輻射壓力一定 情況下，直徑不同的磨粒獲得的動能幾乎處在同一個水平，因此可以產(chǎn)生大小均勻的劃痕，因此有效地解決了劃痕大小不均勻、常規(guī)拋光 過程拋光工具磨損、工作臺運動精度補償?shù)入y題，適用性好。


圖1是納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照圖l， 一種納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，包括機架、
脈沖電源4、用于夾持待加工工件的夾具9、超聲換能器7、用于存放 拋光液的容器11、超聲反射端以及用于調(diào)整超聲波反射端13與超聲 換能器7之間距離的調(diào)諧機構(gòu)，所述超聲換能器7、容器ll以及調(diào)諧 機構(gòu)均安裝在機架上，所述脈沖電源4與所述超聲換能器7連接，所 述容器11位于所述超聲換能器7的下方，所述夾具9位于所述容器 11的上方，所述夾具9與帶輪傳動機構(gòu)連接，所述超聲波反射端13 位于容器11下方，所述超聲波反射端13與所述超聲換能器7配合， 所述超聲反射端13與所述調(diào)諧機構(gòu)連接。
所述帶輪傳動機構(gòu)包括第一帶輪8、傳動帶和第二帶輪1，所述第 一帶輪8與所述夾具同軸連接，所述第一帶輪8通過傳動帶與第二帶 輪1連接，所述第二帶輪1的轉(zhuǎn)軸與所述驅(qū)動電機2的輸出軸聯(lián)接。
所述調(diào)諧機構(gòu)包括導(dǎo)軌16、滑塊15和微調(diào)按鈕17，所述導(dǎo)軌16 安裝在機架上，所述超聲波反射端13安裝在滑塊15上，所述滑塊15 與所述導(dǎo)軌16可上下滑動連接，所述微調(diào)按鈕17安裝在滑塊15的下 方。所述微調(diào)按鈕17與所述導(dǎo)軌16螺紋連接。
所述超聲換能器7連接第一減震器6，所述第一減震器6安裝在機
架上，所述超聲波反射器13連接第二減震器14，所述第二減震器14
安裝在滑塊上，為了防止超聲換能器和超聲波反射端的強烈震動。
所述第一減震器6連接壓電傳感器12，所述壓電傳感器12安裝 在機架上，所述超聲波反射器13連接壓電致動器5。用來了解和控制 超聲波的作用。
本實施例的機架上方安裝固定塊3，所述超聲換能器7 (即超聲波 發(fā)射端)是一圓盤，緊固在所述固定塊3的端部，由超聲換能器7驅(qū) 動，以推挽方式工作，激發(fā)空氣中的超聲振動。所述超聲波反射端13 與所述超聲換能器7之間的區(qū)域是懸浮區(qū)域(容器ll內(nèi)的區(qū)域)，所 述超聲波反射端12的作用是反射由所述超聲換能器7發(fā)射的超聲波從 而在懸浮區(qū)域11形成駐波。通過所述調(diào)諧機構(gòu)調(diào)節(jié)所述超聲波反射端 12與所述超聲波發(fā)射端7之間的距離，可以使聲源與空氣的渦合達(dá)到 最佳，發(fā)生共振。改變所述超聲波反射端13與所述超聲換能器7之間 的間距，可以獲得不同的諧振模式。
所述動力系統(tǒng)的優(yōu)先選擇方案是包括帶輪傳動機構(gòu)由第一帶輪 8、傳動帶和第二帶輪1等組成，所述驅(qū)動電機2帶動所述帶輪傳動機 構(gòu)轉(zhuǎn)動，所述第二帶輪1通過皮帶輪帶動所述第一帶輪8轉(zhuǎn)動，所述 第一帶輪8連接一所述夾具9，工件10連接在所述夾具9上，由所述 電機2帶動做旋轉(zhuǎn)運動，使得工件與拋光液充分接觸。
所述調(diào)諧機構(gòu)的優(yōu)先選擇方案是包括滑塊15，導(dǎo)軌16，微調(diào)按 鈕17等組成，所述微調(diào)按鈕17和導(dǎo)軌16螺紋連接。通過旋轉(zhuǎn)所述微 調(diào)按鈕17，帶動所述滑塊15上下移動，從而帶動所述超聲波反射端 13上下移動，從而調(diào)節(jié)所述超聲波反射端13和所述超聲換能器7之 間的距離。
權(quán)利要求
1、一種納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，其特征在于所述聲懸浮拋光設(shè)備包括機架、脈沖電源、用于夾持待加工工件的夾具、超聲換能器、用于存放拋光液的容器、超聲反射端以及用于調(diào)整超聲波反射端與超聲換能器之間距離的調(diào)諧機構(gòu)，所述超聲換能器、容器以及調(diào)諧機構(gòu)均安裝在機架上，所述脈沖電源與所述超聲換能器連接，所述容器位于所述超聲換能器的下方，所述夾具位于所述容器的上方，所述夾具與帶輪傳動機構(gòu)連接，所述超聲波反射端位于容器下方，所述超聲波反射端與所述超聲換能器配合，所述超聲反射端與所述調(diào)諧機構(gòu)連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，其特征 在于所述帶輪傳動機構(gòu)包括第一帶輪、傳動帶、第二帶輪和驅(qū)動電 機，所述第一帶輪與所述夾具同軸連接，所述第一帶輪通過傳動帶與 第二帶輪連接，所述第二帶輪的轉(zhuǎn)軸與所述驅(qū)動電機的輸出軸聯(lián)接。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，其 特征在于所述調(diào)諧機構(gòu)包括導(dǎo)軌、滑塊和微調(diào)按鈕，所述導(dǎo)軌安裝 在機架上，所述超聲波反射端安裝在滑塊上，所述滑塊與所述導(dǎo)軌可 上下滑動連接，所述微調(diào)按鈕安裝在滑塊的下方。
4、 如權(quán)利要求3所述的納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，其特征 在于所述微調(diào)按鈕與所述導(dǎo)軌螺紋連接。
5、 如權(quán)利要求3所述的納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，其特征 在于所述超聲換能器連接第一減震器，所述第一減震器安裝在機架 上，所述超聲波反射器連接第二減震器,.所述第二減震器安裝在滑塊上。
6、如權(quán)利要求5所述的納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，其特征 在于所述第一減震器連接壓電傳感器，所述壓電傳感器安裝在機架 上，所述超聲波反射器連接壓電致動器。
全文摘要
一種納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備，包括機架、脈沖電源、用于夾持待加工工件的夾具、超聲換能器、用于存放拋光液的容器、超聲反射端以及用于調(diào)整超聲波反射端與超聲換能器之間距離的調(diào)諧機構(gòu)，所述超聲換能器、容器以及調(diào)諧機構(gòu)均安裝在機架上方，所述脈沖電源與所述超聲換能器連接，所述容器位于所述超聲換能器的下方，所述夾具位于所述容器的上方，所述夾具與帶輪傳動機構(gòu)連接，所述超聲波反射端位于容器下方，所述超聲波反射端與所述超聲換能器配合，所述超聲反射端與所述調(diào)諧機構(gòu)連接。本發(fā)明提供一種適用性好、具有良好的拋光效果的納米力學(xué)表征試樣的聲懸浮拋光設(shè)備。
文檔編號G01N1/32GK101344468SQ20081012038
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者張克華, 文東輝, 鋒 陳 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)