用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬硬脆材料切割裝置技術領域，具體涉及一種用于線鋸切割的超聲振動彈 性加載裝置。
【背景技術】
[0002] 單晶SiC、寶石、硅晶體等硬脆材料因具有優良穩定的物理、化學性能而被廣泛用 于航空航天、電子、化工等領域。但是，硬脆材料由于其硬而脆的特性使其切片加工非常困 難，并且加工精度低、成本高。固結磨料金剛石線鋸切片技術由于具有切縫窄、材料去除 率高、切片質量好和切割環境清潔等優點而受到越來越廣泛地關注。但其加工過程的難 度是眾所周知的，中國專利ZL03133682. 5和中國專利CN201010565214均是在線鋸上附 加了超聲波，盡管切割效率及晶片精度較加超聲波之前有所提高，但是專利ZL03133682. 5 線鋸行程太短，切割過程中需不停更換線鋸，有效切割時間少，不能用于實際生產當中， 專利CN201010565214超聲波頭與線鋸直接接觸，金剛石線鋸切割工件的同時，對超聲 波頭也進行了切割，一方面造成線鋸壽命縮短，另一方面造成超聲能量很快衰減直至消 失。以上兩種加工方式使得加工成本增加、效率降低。中國專利ZL200610044360. 7和 中國專利CN103158204A分別在工作臺或者工件上加載超聲波以產生諧振從而實現超聲 線鋸復合切割，這兩種加載方式可以有效解決上述兩種加載方式帶來的缺陷，但是專利 ZL200610044360. 7將工件固定在工作臺上，超聲波驅動工作臺，使工作臺帶動工件在切割 時超聲振動以實現超聲線鋸復合切割的目的，其缺點一是由于超聲波要帶動工作臺、卡具 及工件一起諧振，超聲負載過重，超聲換能器難以與之達到良好的聲學匹配；二是在切割過 程中，工件質量或形狀持續發生改變，切割系統的固有頻率也跟著改變，自身頻率已超出換 能器諧振頻率范圍，甚至難已使換能器起振，所以使換能器與工作臺達到諧振狀態在實際 應用中很難實現。而專利CN103158204A由存在以下弊端：一是直接將超聲波加載在工件 上，這對SiC單晶等硬脆材料來說在晶片表面和次表面會產生更多的裂紋，造成后續研磨 余量加大、材料浪費嚴重且成品率低；二是要求與工件接觸表面直接貼合的接觸表面且超 聲波發射表面具有與待切物相同的長度，這就使得針對不同形狀的工件制作特殊的超聲波 頭，通用性降低；三是要求超聲波頻率始終保持在切割系統的共振頻率或者接近共振頻率 上，這就需要在切割過程中切割頻率持續調整以保證切割順利進行，工作太繁瑣。上述缺 陷，制約了此切片技術在切割硬脆材料方面的應用，因此，有必要提出改進。
【發明內容】
[0003] 本發明解決的技術問題：提供一種用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，彈性 超聲振動臺安裝在切割機工作臺上（進給拖板），其與工作臺連接處設計有一體化彈性疊 層以減弱振動臺屈服力，從而提高橫振或縱振換能器傳振效率，有利于換能器小型化，電力 消耗降低；同時采用雙超聲波換能器對彈性超聲振動臺加載縱振或者橫振，使彈性超聲振 動臺做強迫超聲振動，帶動工件與電鍍金剛石砂線相對振動，從而達到超聲加工目的。
[0004] 本發明采用的技術方案：用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，具有彈性超聲 振動臺，所述彈性超聲振動臺固定在進給拖板一側，橫振超聲換能器通過橫振調整手柄與 彈性超聲振動臺側部接觸，縱振超聲換能器穿過進給拖板并通過縱振調整手柄與彈性超聲 振動底端部接觸，所述彈性超聲振動臺上端面設有固定工件的安裝夾具，電鍍金剛石線鋸 繞過上導線輪和下導線輪并與工件緊密接觸。
[0005] 進一步地，所述彈性超聲振動臺由支撐面、彈性支撐腿和安裝部構成，所述彈性支 撐腿一端置于支撐面下部且與進給拖板之間形成空腔，所述安彈性支撐腿另一端與安裝部 一端連接，安裝部另一端與進給拖板通過螺栓固定連接。
[0006] 進一步地，所述支撐面、彈性支撐腿和安裝部為一體式結構且三者構成U形狀。
[0007] 進一步地，所述彈性支撐腿靠近安裝部處制有開口相反的槽口形成一體化彈性疊 層。
[0008] 本發明與現有技術相比的優點：
[0009] 1、彈性超聲振動臺實現超聲波換能器與振動臺的彈性連接，有效減少了超聲能量 向進給拖板及工作臺的傳遞、提高超聲能量的利用率；
[0010] 2、本結構為強迫振動而非現有技術所采用的諧振，超聲換能器采用彈性耦合傳振 方式，即超聲換能器變幅桿與振動臺不是剛性連接，而是在一定彈性壓力下傳振，此時振動 臺處于強迫振動狀態，其工作頻率始終與換能器頻率保持一致，在切割過程中切割線張力， 工件的形狀、質量大小都不會影響超聲換能器工作頻率及振幅；
[0011] 3、可根據加工需要任意改變振動方向，縱振、橫振或者縱振、橫振按一定振幅強度 比例混合加載，可形成復雜振動模式（如橢圓振動），通用性提高。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合附圖1描述本發明的一種實施例。
[0014] 用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，具有彈性超聲振動臺7,所述述彈性超聲 振動臺7由支撐面11、彈性支撐腿12和安裝部13構成，所述彈性支撐腿12 -端置于支撐 面11下部且與進給拖板8之間形成空腔14,所述安彈性支撐腿12另一端與安裝部13 - 端連接，安裝部13另一端與進給拖板8通過螺栓固定連接。所述支撐面11、彈性支撐腿12 和安裝部13為一體式結構且三者構成U形狀。所述彈性支撐腿12靠近安裝部13處制有 開口相反的槽口形成一體化彈性疊層15。一體化彈性疊層15的設置，使超聲振動臺與進給 拖板8形成彈性連接，從而使固定在進給拖板8上的橫振超聲換能器6和縱振超聲換能器 9均以彈性方式連接。
[0015] 上述彈性超聲振動臺7固定在進給拖板8 -側，橫振超聲換能器6通過橫振調整 手柄5與彈性超聲振動臺7的彈性支撐腿12接觸，縱振超聲換能器9穿過進給拖板8置于 空腔14內并通過縱振調整手柄10與彈性超聲振動7底端部接觸，所述彈性超聲振動臺7 上端面設有固定工件3的安裝夾具，電鍍金剛石線鋸2繞過上導線輪1和下導線輪4并與 工件3緊密接觸。
[0016] 工作時，電鍍金剛石線鋸2繞過上導線輪1和下導線輪4上下往復運動或單向運 動，工件3與電鍍金剛石線鋸2緊密接觸；橫振超聲換能器6、彈性超聲振動臺7及縱振超 聲換能器9固定在進給拖板8上，通過橫振調整手柄5和縱振調整手柄10分別調整橫振超 聲換能器6及橫振超聲換能器9,以實現超聲波的橫向施加或縱向施加，或者按加工要求實 現任意方向的超聲振動施加，工件3粘貼在彈性超聲振動臺7上端面的安裝夾具上，超聲通 過彈性超聲振動臺7施加給工件3,從而實現超聲線鋸復合切割，提高生產效率。
[0017] 本發明中，超聲換能器采用彈性耦合傳振方式，即超聲換能器變幅桿與振動臺 (進給拖板8)不是剛性連接，而是在一定彈性壓力下傳振，此時振動臺處于強迫振動狀態， 其工作頻率始終與超聲換能器頻率保持一致，在切割過程中切割線張力，工件的幾何形狀、 質量大小都不會影響超聲換能器工作頻率及振幅，實踐告訴我們在加工行進中頻率一旦變 化必將導致切割表面出現微觀接刀痕跡，本發明不需調整頻率或頻率自動跟蹤即可提高超 聲能量的利用率和切割效率，具有很高的實用價值。為保證雙換能器工作頻率相位一致或 可控，以利合成不同振模如橢圓振動等等，驅動功率源采用數字DSP輸出兩路同相位或可 任意精確控制相位信號，分別推動兩路功率放大器驅動超聲換能器工作，使兩個超聲換能 器振幅分別調整。
[0018] 本發明適用于切割紅（藍）寶石、SiC單晶等貴重硬脆材料，也適合切割一般硬脆 材料。這種裝置可用于游離磨料線鋸切割也可用于固結金剛石磨料線鋸切割，既可以用于 單線切割也可用于多線切割。
[0019] 上述實施例，只是本發明的較佳實施例，并非用來限制本發明實施范圍，故凡以本 發明權利要求所述內容所做的等效變化，均應包括在本發明權利要求范圍之內。
【主權項】
1. 用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，其特征在于：具有彈性超聲振動臺（7)，所 述彈性超聲振動臺（7)固定在進給拖板（8) -側，橫振超聲換能器（6)通過橫振調整手柄 (5)與彈性超聲振動臺（7)側部接觸，縱振超聲換能器（9)穿過進給拖板（8)并通過縱振調 整手柄（10)與彈性超聲振動（7)底端部接觸，所述彈性超聲振動臺（7)上端面設有固定工 件⑶的安裝夾具，電鍍金剛石線鋸⑵繞過上導線輪⑴和下導線輪⑷并與工件（3) 緊密接觸。
2. 根據權利要求1所述的用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，其特征在于：所述 彈性超聲振動臺（7)由支撐面（11)、彈性支撐腿（12)和安裝部（13)構成，所述彈性支撐腿 (12) -端置于支撐面（11)下部且與進給拖板⑶之間形成空腔（14)，所述安彈性支撐腿 (12)另一端與安裝部（13) -端連接，安裝部（13)另一端與進給拖板⑶通過螺栓固定連 接。
3. 根據權利要求2所述的用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，其特征在于：所述 支撐面（11)、彈性支撐腿（12)和安裝部（13)為一體式結構且三者構成,形狀。
4. 根據權利要求2所述的用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，其特征在于：所述 彈性支撐腿（12)靠近安裝部（13)處制有開口相反的槽口形成一體化彈性疊層（15)。
【專利摘要】提供一種用于線鋸切割的超聲振動彈性加載裝置，彈性超聲振動臺安裝在切割機工作臺上(進給拖板)，其與工作臺連接處設計有開口相反的槽口以減弱振動臺屈服力，從而提高橫振或縱振換能器傳振效率，有利于換能器小型化，電力消耗降低；同時采用雙超聲波換能器對彈性超聲振動臺加載縱振或者橫振，使彈性超聲振動臺做強迫超聲振動，帶動工件與固結電鍍金剛石砂線相對振動，從而達到高效率高精密超聲加工目的。
【IPC分類】B28D5-04
【公開號】CN104802325
【申請號】CN201510246596
【發明人】王肖燁
【申請人】寶雞文理學院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月14日