一种用于精密超声加工的振动台的制作方法

本发明属于超声加工领域，涉及振动台，尤其是一种用于精密超声加工的振动台。

背景技术：

随着科学技术的进步，复合材料，先进陶瓷材料以及合金材料等特种材料已广泛应用与航空航天，生物技术，国防工业等领域。由于特种材料具有高强、高韧，高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相容性等优异性能，经常被制作成各种形状的零部件使用在高科技领域。精密/超精密表面零件是航空航天工业以及国防工业经常使用的零件类型，被广泛应用在飞机发动机等核心部位。一些工件由于深径比大，内部结构复杂，材料的高硬、耐磨等属性导致对其内/外表面的加工十分困难。现在应用的加工方法主要是在数控加工中心上利用砂轮进行磨削，或使用电火花，超声波加工等特种加工方法对材料进行去除。由于所加工工件具有高精度加工表面的要求，普通磨削加工难以保证加工精度，超声振动辅助加工能够有效的降低切削力，提高表面质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术工件表面加工精度低，磨削力大，材料去除率低等问题，提供一种能够实现高效、高精度的用于精密超声加工的振动台。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种用于精密超声加工的振动台，包括超声振动装置、振动装置支撑架、超声振动台、振动台支撑架、夹具、底座，在底座的顶面安装振动台支撑架，在振动台支撑架上安装超声振动台，超声振动台连接超声振动装置，超声振动装置由振动装置支撑架支撑，超声振动装置支撑架振动装置支撑架固装在底座上，在振动台的顶面均匀间隔固装多个夹具，振动台通过振动台平移机构实现横向移动。

而且，所述的振动台平移机构为滑动式，在底座的顶面平行间隔固装两条导轨，振动台支撑架为四根支撑柱，四根支撑柱的顶面与振动台的底面固装，在四根支撑柱的底面均制有对应导轨的滑槽，振动台通过四根支撑柱在两条导轨上滑动。

而且，在振动台上制有注油孔，四根支撑柱为空心柱，且与振动台的润滑油流道连通，润滑油通过注油孔、润滑油流道、四根支撑柱流到导轨上，为滑动摩擦提供油润滑。

而且，所述的振动台平移机构为滑动式，振动台支撑架为四根支撑柱，四根支撑柱的底面与底座固装，在每一支撑柱的顶部均制有一滑轨，在振动台的底面对应滑轨的位置平行间隔制有两条滑轨槽，滑轨槽与滑轨进行配合实现振动台滑动位移变化。

而且，在振动台上制有注油孔，在滑轨槽上制有润滑油流出口，润滑油通过注油孔、振动台内的润滑油流道、润滑油流出口流到导轨上，为滑动摩擦提供油润滑。

而且，所述的振动台平移机构为滚动式，振动台支撑架为四根支撑柱，在四根支撑柱顶端制有四个滚珠槽，分别预埋一个滚珠，在振动台底面对应滚珠制有两条平行的滚动滑轨槽。

而且，所述超声振动装置为可替换超声振动子，包括超声波换能器以及超声波变幅杆。

而且，所述超声振动台长度为超声换能器工作频率对应等效1/2波长的整数倍。

而且，在振动台上均匀制有多个超声横波截断槽。

而且，在底座的底面安装有。所述夹具与超声横波截断槽并排设置，且固装在超声横波截断槽的外侧。

本方案是对旋转超声波加工技术的一种改进，利用数控加工中心的多轴联动集成超声振动平台对工件的内/外表面实现超声振动辅助加工。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明实现了超声波振动装置的机床附件化，具有通用性和互换性。

2、本发明提高了超声波加工装置的适用性，结合超声波加工头实现多维超声振动加工。

3、本发明振动台平移机构为振动台横向振动减小了摩擦阻力，同时为振动台提供纵向约束。

附图说明

图1为实施例1超声加工的振动台的结构图；

图2为实施例2超声加工的振动台的结构图；

图3为实施例3超声加工的振动台的结构图；

图4为实施例3滚动式振动台支撑架的结构图；

图5为实施例2、3振动台的底面结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种用于精密超声加工的振动台，包括超声振动装置4、振动装置支撑架5、超声振动台1、振动台支撑架6、振动台平移机构、夹具2、底座7及底座锁紧机构。在底座的顶面安装振动台支撑架，在振动台支撑架上安装超声振动台，超声振动台连接超声振动装置，超声振动装置由振动装置支撑架支撑，振动装置支撑架固装在底座上，底座通过底座锁紧机构与加工中心的工作台固定。在振动台的顶面均匀间隔固装多个夹具，在振动台上均匀制有多个超声横波截断槽3。振动台通过振动台平移机构实现横向移动。

所述超声振动装置采用可替换超声振动子，包括超声波换能器以及超声波变幅杆，能够实现振动台的振幅和频率调节；振动装置支撑架用于固定超声振动装置的位置；所述超声振动台为换能器工作频率对应等效1/2波长的整数倍。振动台与超声振动装置以螺纹方式相连，振动台支撑架为振动台提供纵向负载支撑；所述振动台平移机构为振动台横向振动减小摩擦阻力，同时为振动台提供纵向约束；所述夹具通过螺纹固装在振动台上超声横波截断槽的外侧，为工件提供约束，固定加工。所述振动装置支撑架具有螺纹孔，通过螺栓与振动子波截面上的法兰盘14固定超声振动装置，超声振子小端通过螺纹与超声振动台相连接，声波由变幅杆小端面传向振动台，为振动台提供超声振动源。压电换能器与变幅杆、法兰盘、振动装置支撑架中心孔与振动台侧面中心孔处于同一轴线上，超声振动信号由超声波发生器产生并传递至振动子然后传递至振动台，振动台设有均匀分布截断槽，用于截断超声横波扰动，保证超声纵波的有效传导。振动台波截面上设有螺纹孔用于固定夹具。振动子可根据需求更换，为振动台提供不同的振幅及频率，振动台整体由固定螺栓固定至加工中心工作台面上，以实现超声振动辅助加工的装备附件化。

所述的振动台平移机构有三种方式，分别通过下面三个实施例描述。

实施例1

所述的振动台平移机构为滑动式，如图1所示，在底座的顶面平行间隔固装两条导轨8，振动台支撑架为四根支撑柱，四根支撑柱的顶面与振动台的底面固装，在四根支撑柱的底面均制有滑槽，振动台在超声振动子的激励下，通过四根支撑柱在两条导轨上滑动，实现纵向振动(x方向)，滑轨为振动台提供横向约束(y方向)，振动台支撑架为振动台提供z方向支撑。此种结构的特点是振动台支撑架与振动台为一体式结构，工作时振动台和支架共同振动。

在振动台上制有注油孔9，四根支撑柱为空心柱，且与振动台的润滑油流道连通，润滑油通过注油孔、润滑油流道、四根支撑柱流到导轨上，为滑动摩擦提供油润滑。

实施例2

所述的振动台平移机构为滑动式，如图2所示，振动台支撑架为四根支撑柱，四根支撑柱的底面与底座固装，在每一支撑柱的顶部均制有一滑轨10，在振动台的底面对应滑轨的位置平行间隔制有两条滑轨槽，滑轨槽与滑轨进行配合实现纵向(x方向)相对滑动位移变化。此种结构的特点在于：振动台支撑架的四根支撑柱，与振动台是分离的，振动台实现超声振动的同时，振动台支撑架不发生振动。振动台的横向约束和负载支撑(y方向)由滑轨和滑轨槽实现，振动台的z方向负载由振动台支撑架的四根支撑柱提供支撑。此结构有利于减少振动台支撑架对振动台整体振型的影响，减少由于受迫振动所产生的热损耗及振动台整体升温现象。实施例2与实施例1相比较，均为滑动式平移机构，实施例2实现了振动台与振动台支撑架的分离，具有更好的声波传递特性，能够提供更好的振动台振型。

在振动台上制有注油孔，在滑轨槽上制有润滑油流出口，润滑油通过注油孔、振动台内的润滑油流道、润滑油流出口流到导轨上，为滑动摩擦提供油润滑。

实施例3

为进一步降低滑动导轨之间的摩擦力，减小超声振动台的阻抗，设计一种滚动滑轨结构用于振动台上。图3为滚动式超声振动振动台的结构示意图，如图所示该振动台底面制有滚动滑轨槽11，振动台的约束和负载支撑均由预埋在振动台支柱中的滚珠提供，具体结构如图4-5所示。

如图4所示，在四根支撑柱顶端制有四个滚珠槽12，分别预埋一个滚珠13，由四个滚珠和滚珠槽对应振动台底面的滑轨槽为振动台实现y,z方向的约束以及负载支撑，此种结构将振动台与振动台支撑架分离，为控制振动台良好的超声振型提供了保证，同时，还将振动台与振动台支撑架之间的滑动摩擦转换成为了滚动摩擦，进一步降低了振动台的振动阻抗，滚珠、滚珠槽与滑轨槽之间采用油润滑以降低滚珠的摩擦磨损情况。

如图5所示，振动台结构由滑轨槽、螺纹孔15、超声横波截断槽等结构组成，其中螺纹孔开在振动台的波截面处，该截面的振幅为零，用于装夹夹具以固定工件；截面通槽用于截断振动台中的超声波横波信号干扰，以实现纵波传递的效率最大化，使得振动台具有良好的振型；底部滑轨槽用于和振动台支柱顶端的滑动导轨或滚动导轨相配合，为振动台提供y,z方向的约束和支撑，在滑动状态下，滑轨槽和滑轨进行面接触滑动摩擦，在滚动状态下，滑轨槽与滚珠之间进行点接触滚动摩擦。

实施例3与实施例1,2相比较，实施例3为滚动摩擦结构，能够进一步降低因摩擦阻力为振动台所带来的负载阻抗，能够使得振动台具有更好的振动特性，但实施例1,2具有更好的整体刚度，在实现超精密加工过程中，实施例3能够提供较小的切削力负载以及更精确的超声振动特性，而实施例1,2则能实现较高的加工效率，如果在加工精度要求不是很高，加工效率有一定的要求下，需采用实施例1,2对工件实现超声振动辅助加工；如对产品加工精度要求比较高，对加工效率要求较低的状况下，需采用实施例3对工件实现超声振动辅助加工。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。