專利名稱：非金屬材料單絲線切割用的旋轉(zhuǎn)超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于非金屬材料切割加工裝置，尤其是涉及一種非金屬材料單絲線切割用的旋轉(zhuǎn)超聲換能器。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，對(duì)于非金屬的切割大多都是用外圓切或者是內(nèi)圓切。切割出來(lái)的產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)切割面粗糙、崩邊、及有殘余應(yīng)力等問(wèn)題，尤其是對(duì)貴重材料切割時(shí)，由于刀口過(guò)寬會(huì)導(dǎo)致材料損耗大。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的興起，大量進(jìn)口國(guó)外的多片線切割機(jī)，價(jià)格不菲，每臺(tái)機(jī)器800多萬(wàn)元，一般企業(yè)配置都在20-40臺(tái)左右。原理是在保證機(jī)械精度的前提下，利用鋼絲做直線移動(dòng)帶動(dòng)磨料對(duì)工件進(jìn)行切割。由于要求精度比較高，切割效率不高，所用耗材鋼絲及磨料都是一次性使用。再者是做集成電路、尤其是紅外半導(dǎo)體材料的切割，據(jù)了解每公斤材料的價(jià)格都是上萬(wàn)，目前還是用外圓切或者是內(nèi)圓切在下料，陶瓷、玻璃行業(yè)也是如此。雖然有人把超聲振動(dòng)用在了一些金剛石線鋸上，但它是直接將超聲波變幅桿壓在金剛石鋼絲上進(jìn)行縱向聲能的傳遞。這種方法的缺點(diǎn)是金剛石鋼絲不但對(duì)工件進(jìn)行切割， 同時(shí)也對(duì)變幅桿進(jìn)行切割，鋼絲很容易斷，而且此種方案只能一根變幅桿對(duì)應(yīng)一條金剛石鋼絲，多條鋼絲同時(shí)切割則需要對(duì)應(yīng)數(shù)量的變幅桿驅(qū)動(dòng)，造成了很大的資源浪費(fèi)，難以提升切割效率。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種非金屬材料單絲線切割用的旋轉(zhuǎn)超聲換能器，該換能器能將軸向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為徑向振動(dòng)，換能器的導(dǎo)向輪表面上有 1-4條線槽，搭載單條鋼絲產(chǎn)生超聲振動(dòng)，利用超聲加工技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行切割。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明包括硬鋁塊、壓電陶瓷組、變幅桿；變幅桿大錐面上的連接支架從內(nèi)至外依次安裝電陶瓷組和硬鋁塊后，用螺栓連接成一體，變幅桿小錐面上的圓柱導(dǎo)向輪外圓柱面沿軸向開(kāi)有1-4條等距分布的環(huán)形槽。本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明很方便的將變幅桿的軸向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)向輪的徑向振動(dòng)，從而很方便地使鋼絲繩在切割材料過(guò)程中產(chǎn)生縱向振動(dòng)，極大地提高了切割精度和效率，適合于紅外半導(dǎo)體、陶瓷，玻璃等硬脆性非金屬材料。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明變幅桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明使用狀態(tài)俯視示意圖。
圖4是圖3的主視圖。圖中1.螺栓，2.硬鋁塊，3.壓電陶瓷組，4.變幅桿，5.導(dǎo)向輪，6.連接支架， 7.切割用的鋼絲，8、被動(dòng)輪。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括硬鋁塊2、壓電陶瓷組3、變幅桿4 ；變幅桿4大錐面上的連接支架6從內(nèi)至外依次安裝電陶瓷組3和硬鋁塊2后，用螺栓1連接成一體，變幅桿4小錐面上的圓柱導(dǎo)向輪5外圓柱面沿軸向開(kāi)有1-4條等距分布的環(huán)形槽。如圖3和圖4所示，使用時(shí)，被動(dòng)輪8外圓柱面沿軸也開(kāi)有與導(dǎo)向輪8相等條數(shù)等距分布的環(huán)形槽，在任取一條環(huán)形槽中安裝一條切割用的鋼絲7，導(dǎo)向輪8轉(zhuǎn)動(dòng)后經(jīng)一條鋼絲7帶動(dòng)被動(dòng)輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，其它的環(huán)形槽作為備用槽。交變電信號(hào)通過(guò)壓電陶瓷組3后，使得電陶瓷組3產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)作用在變幅桿4上，使變幅桿4產(chǎn)生軸向振動(dòng)，變幅桿4中將沿軸向產(chǎn)生縱波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移方向平行于軸向，根據(jù)彈性形變的泊松效應(yīng)，軸向的變形會(huì)引起橫向的形變，因此質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生軸向位移的同時(shí)也產(chǎn)生垂直于軸向的位移。變幅桿4上包含了導(dǎo)向輪5，變幅桿的振動(dòng)傳播到導(dǎo)向輪上后，使得導(dǎo)向輪產(chǎn)生了徑向振動(dòng)。導(dǎo)向輪5可通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸連接支架6與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)連接，帶動(dòng)導(dǎo)向輪5旋轉(zhuǎn)。結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4所示，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案和工作過(guò)程。本發(fā)明包括硬鋁塊、壓電陶瓷組、變幅桿；變幅桿大錐面上的連接支架從內(nèi)至外依次安裝電陶瓷組和硬鋁塊后，用螺栓連接成一體，變幅桿小錐面上的圓柱導(dǎo)向輪外圓柱面沿軸向開(kāi)有1-4 條等距分布的環(huán)形槽。單絲線切割用旋轉(zhuǎn)超聲換能器，包括硬鋁塊2、壓電陶瓷組3、變幅桿4。利用螺栓1將硬鋁塊2和壓電陶瓷組3固定在變幅桿4上，變幅桿4的大錐面端上鉆有螺紋孔，用于與螺栓1進(jìn)行螺紋連接，變幅桿4上包含了導(dǎo)向輪5，以上連接形式都屬于機(jī)械連接，由機(jī)械連接產(chǎn)生的固定強(qiáng)度是足夠的，從而不會(huì)在使用過(guò)程由于外部振動(dòng)而造成的位移或脫落。通過(guò)集流環(huán)在壓電陶瓷組3上加載激勵(lì)交流電壓，使壓電陶瓷組3產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而使得與之相連的變幅桿4產(chǎn)生軸向振動(dòng)，變幅桿4上包含了導(dǎo)向輪5，變幅桿4的振動(dòng)傳播到導(dǎo)向輪5上后，使得導(dǎo)向輪5產(chǎn)生了徑向振動(dòng)。根據(jù)加工工藝需求的不同，可以通過(guò)對(duì)變幅桿4尺寸的設(shè)定來(lái)改變導(dǎo)向輪5的徑向振幅，，具體尺寸可采用有限元法進(jìn)行分析計(jì)算。對(duì)于單絲線切割用旋轉(zhuǎn)超聲換能器，本發(fā)明的工作過(guò)程是，通過(guò)集流環(huán)在所述單絲線切割用旋轉(zhuǎn)超聲換能器上加載交變電壓，使得所述線切割用旋轉(zhuǎn)超聲換能器上的導(dǎo)向輪5產(chǎn)生徑向振動(dòng)，切割用的鋼絲，7通過(guò)導(dǎo)向輪5和被動(dòng)輪8張緊，同時(shí)旋轉(zhuǎn)軸連接支架 6通過(guò)傳動(dòng)軸和聯(lián)軸器與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸連接，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向輪5產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)導(dǎo)線輪表面線槽上切割用的鋼絲7產(chǎn)生直線移動(dòng)的同時(shí)還具有縱向超聲振動(dòng)，將待切割工件平置于加工平臺(tái)上并利用壓緊機(jī)構(gòu)固定住，加工平臺(tái)的長(zhǎng)度小于導(dǎo)向輪5與被動(dòng)輪8的軸間距，加工平臺(tái)在外力驅(qū)動(dòng)下可沿著豎直方向上下移動(dòng)，在待切割的工件表面敷上磨料，切割用的鋼絲7 帶動(dòng)磨料對(duì)工件進(jìn)行切割，加工平臺(tái)攜帶工件沿著垂直于鋼絲7所在的豎直方向上進(jìn)給， 直至切割工作完成，由于超聲加工的高頻錘擊作用，可有效地消除切割面粗糙、崩邊、及有殘余應(yīng)力等，不但能提高加工效率以及減少動(dòng)力的消耗，還從根本上改變現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1. 一種非金屬材料單絲線切割用的旋轉(zhuǎn)超聲換能器，其特征在于包括硬鋁塊O)、壓電陶瓷組(3)、變幅桿；變幅桿(4)大錐面上的連接支架(6)從內(nèi)至外依次安裝電陶瓷組(3)和硬鋁塊(2)后，用螺栓⑴連接成一體，變幅桿⑷小錐面上的圓柱導(dǎo)向輪(5)外圓柱面沿軸向開(kāi)有1-4條等距分布的環(huán)形槽。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非金屬材料單絲線切割用的旋轉(zhuǎn)超聲換能器。包括硬鋁塊、壓電陶瓷組、變幅桿；變幅桿大錐面上的連接支架從內(nèi)至外依次安裝電陶瓷組和硬鋁塊后，用螺栓連接成一體，變幅桿小錐面上的圓柱導(dǎo)向輪外圓柱面沿軸向開(kāi)有1-4條等距分布的環(huán)形槽。本發(fā)明很方便的將變幅桿的軸向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)向輪的徑向振動(dòng)，從而很方便地使鋼絲繩在切割材料過(guò)程中產(chǎn)生縱向振動(dòng)，極大地提高了切割精度和效率，適合于紅外半導(dǎo)體、陶瓷，玻璃等硬脆性非金屬材料。
文檔編號(hào)B26D5/08GK102267139SQ20111021919
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者周紅明, 楊克己, 陶醉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)