[发明专利]旋转超声振动线切割装置

说明书

技术领域

本发明涉及硬脆材料切割技术领域，尤其是涉及一种用于硬脆材料加工用的旋转超声振动线切割装置。

背景技术

石材、宝石、硅晶体、石英晶体、硬质合金等硬脆材料因其具有优良稳定的物理、化学特性，在精密制造、航空航天、化工、电子、生物医学等领域得到了广泛的应用，但是目前硬脆材料加工多采用圆盘锯、带锯、线锯等加工形式，加工困难，加工精度低，成本高，原材料浪费严重，且很难加工形状复杂的工件，金刚石线锯虽然说能够加工出复制的曲面，但是其线锯绕过导轮，线锯张力不同，金刚石颗粒与基体容易脱落，加工性能下降，生产成本提高。

为了克服上述硬脆材料切割技术中的不足，在专利号为：ZL03133682.5,发明名称为《硬脆材料加工用的超声波线切割锯》的专利文献中，公开了一种超声波线切割锯，通过曲柄连杆往复运动结构，使超声振动金刚石线切割锯进行往复运动切割，取得了较好的实验效果，但是曲柄连杆机构往复的线速度不够均匀，金刚石线锯不是旋转切削导致金刚石线锯单边磨损较快，影响了超声振动金刚石线锯的切削效果，因此需要进一步改进来提高超声振动金刚石线切割锯的加工效率和加工精度。

发明内容

本发明提供了一种新型的旋转超声振动线切割装置，目的是为了克服现有超声振动线切割装置中存在的不足，提高超声振动金刚石线切割装置的加工效率和加工精度。

旋转超声振动线切割装置，该装置包括床身、横向移动工作平台、纵向移动工作平台、工件支架、C型线架、金刚石线锯、上超声振动装置、下超声振动装置、上旋转电机、下旋转电机、上电能传输装置、下电能传输装置、线锯预紧力装置、线锯往复运动机构、超声波发生器和电气控制装置，横向移动工作平台通过螺栓联接设置在床身上，所述的横向移动工作平台采用滚珠丝杠驱动形式的工作移动平台或直线电机驱动形式的工作移动平台。纵向移动工作平台通过螺栓联接设置在横向移动工作平台上，所述的纵向移动工作平台采用滚珠丝杠驱动形式的工作移动平台或直线电机驱动形式的工作移动平台。工件支架通过螺栓联接设置在纵向移动工作平台上，利用电气控制装置通过对横向移动工作平台和纵向移动工作平台的配合驱动控制，工件支架带动工件实现横向和纵向的复合二维曲线轨迹移动。

C型线架包括上下工作臂和竖向支撑立柱，上下两工作臂之间的距离通过C型线架竖向支撑立柱内的丝杠螺母副进行调节。

上下超声振动装置均包括压电换能器、变幅杆和外壳，下超声振动装置通过其外壳和下旋转电机的旋转轴相联接，下旋转电机通过螺钉安装在C型线架的下工作臂上，上超声振动装置通过其外壳和上旋转电机的旋转轴相联接，上旋转电机和线锯预紧力装置的下端相连，线锯预紧力装置的上端安装在C型线架的上工作臂上，在上下两超声振动装置的变幅杆之间安装有金刚石线锯。

线锯预紧力装置包括弹簧、导向柱和导向套，弹簧下端和上旋转电机相连，弹簧上端和C型线架的上工作臂相连。导向柱与上旋转电机相连，导向套与上工作臂相连，导向柱通过间隙配合插入到导向套内，保证弹簧在提供预紧力的同时不发生偏斜，金刚石线锯始终保持在绷紧直线状态。

在上旋转电机和上超声振动装置之间安装有上电能传输装置，在下旋转电机和下超声振动装置之间安装有下电能传输装置，电能传输装置的作用是将超声波发生器输出的电能传送到压电换能器，电能传输装置采用碳刷集流环的电能传输装置或是利用电磁感应原理的非接触电能传输装置均可。

线锯往复运动机构包括机床立柱、驱动电机、联轴器、丝杠和螺母副，立柱通过螺钉安装在床身上，驱动电机通过螺钉安装在立柱上方，驱动电机轴通过联轴器和丝杠相连，螺母副通过螺栓和C型线架相联接，丝杠和螺母副通过螺纹旋合联接在一起。驱动电机采用步进电机或伺服电机。通过对驱动电机的正反转控制驱动线锯往复上下移动。

超声波发生器输出两路超声波电能，且输出至上下两压电换能器的超声波电能存在180°的相位差，压电换能器将超声波电能转变为超声频率的机械振动，即当上压电换能器的变幅杆前端收缩向上振动时，下压电换能器的变幅杆前端就伸长向上振动，当上压电换能器的变幅杆前端伸长向下振动时，下压电换能器的变幅杆前端就收缩向下振动，进而两压电换能器驱动金刚石线锯进行同向的轴向超声振动。

上下旋转电机是带有旋转编码器的转速和相位可控电机，上下旋转电机驱动上下两个超声振动装置进行同步圆周旋转运动，并由往复运动机构驱动超声振动装置和金刚石线锯进行上下往复运动。