旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)線切割部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)線切割部件，包括金剛石線鋸、上下超聲振動(dòng)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(dòng)，驅(qū)動(dòng)金剛石線鋸進(jìn)行軸向超聲振動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)超聲振動(dòng)裝置進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)線切割部件提高了單位時(shí)間內(nèi)金剛石線鋸和被加工工件的接觸面積，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及硬脆材料切割【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(dòng)線切割部件。 旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)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 商。
[0003] 為了克服上述硬脆材料切割技術(shù)中的不足，在專利號(hào)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(dòng)結(jié)構(gòu)，使超聲振動(dòng)金剛石線切割鋸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(dòng)金剛石線鋸的切削效果，因此需要進(jìn)一步改進(jìn)來(lái)提 高超聲振動(dòng)金剛石線切割鋸的加工效率和加工精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種新型的旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)線切割部件，目的是為了克服現(xiàn)有超聲振 動(dòng)線切割裝置中存在的不足，提高超聲振動(dòng)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(dòng)線切割部件，該部件包括金剛石線鋸、上超聲振動(dòng)裝置、下超聲振動(dòng) 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(dòng)裝置均包括壓電換能器、變幅桿和外殼，下超聲振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，即當(dāng)上壓電換能 器的變幅桿前端收縮向上振動(dòng)時(shí)，下壓電換能器的變幅桿前端就伸長(zhǎng)向上振動(dòng)，當(dāng)上壓電 換能器的變幅桿前端伸長(zhǎng)向下振動(dòng)時(shí)，下壓電換能器的變幅桿前端就收縮向下振動(dòng)，進(jìn)而 兩壓電換能器驅(qū)動(dòng)金剛石線鋸進(jìn)行同向的軸向超聲振動(dòng)。
[0010] 上下兩個(gè)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(dòng)上下兩個(gè)超聲振動(dòng)裝置進(jìn)行同步圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0011] 工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)線切割部件安裝在具有上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床工作臂上，工 件安裝兩軸或多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)上，金剛石線鋸處于高頻超聲振動(dòng)、上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)和圓周旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。工件在工作臺(tái)上按照指定軌跡移動(dòng)，當(dāng)工件和金剛石線鋸相接觸 時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)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(dòng)線切割部件提高了單位時(shí)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(jiǎn) 單、切削力小、加工效率高、控制簡(jiǎn)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是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明的上超聲振動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖3是本發(fā)明的下超聲振動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖4是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖中標(biāo)號(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)線切割部件包括金剛石線鍋5、上超聲振動(dòng)裝置6、 下超聲振動(dòng)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， 上下超聲振動(dòng)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即壓電陶瓷片的片數(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。
[0018] 下超聲振動(dòng)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1上，上超聲振動(dòng)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(dòng)裝置的變幅桿之間安裝有金剛石 線鋸5。
[0019] 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(shí)不發(fā)生偏斜，彈簧901預(yù)緊力為30N，金剛石 線鋸5始終保持堅(jiān)直方向。
[0020] 在上下兩超聲振動(dòng)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(zhǎng)度為500mm，在上旋轉(zhuǎn)電機(jī)8和上超聲振動(dòng)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(dòng)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。
[0021] 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(dòng)，即當(dāng)上壓電換能器602的變 幅桿601前端收縮向上振動(dòng)時(shí)，下壓電換能器402的變幅桿401前端就伸長(zhǎng)向上振動(dòng)，當(dāng)上 壓電換能器602的變幅桿601前端伸長(zhǎng)向下振動(dòng)時(shí)，下壓電換能器402的變幅桿401前端 就收縮向下振動(dòng)，進(jìn)而兩壓電換能器驅(qū)動(dòng)金剛石線鋸5進(jìn)行同向的超聲振動(dòng)，上下旋轉(zhuǎn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)上下兩個(gè)超聲振動(dòng)裝置進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，并由往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)超聲振動(dòng)裝置和金剛 石線鋸5進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0022] 結(jié)合圖4所示，工作時(shí)，金剛石線鋸5處于高頻超聲振動(dòng)、上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)和圓周旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。超聲振動(dòng)頻率為20. ΙΚΗζ，超聲振動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)速度為800r/min，上 下往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為l〇〇〇mm/min，金剛石線鋸9的軸向預(yù)緊力為30N，側(cè)向壓力為8N，對(duì)厚度 為20mm，長(zhǎng)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/min〇
【權(quán)利要求】
1. 旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)線切割部件，該部件包括金剛石線鋸、上超聲振動(dòng)裝置、下超聲振動(dòng)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(dòng)裝置均包括壓電換能器、變幅桿和外殼，下超聲振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng) 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(dòng)裝置之間安裝有下電能傳輸 裝直。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(hào)】B28D5/00GK104118065SQ201410355532
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)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(yáng), 邵曉炳 申請(qǐng)人:蘇州科技學(xué)院