[发明专利]一种三维超声纳米振动辅助加工平台

说明书

一种三维超声纳米振动辅助加工平台，包括矩形体基座，所述矩形体基座的一个上端角与所对称的下端角之间贯穿的设置有超声振动平台，所述超声振动平台的平台端嵌在所述的上端角内，所述超声振动平台的尾端通过预紧螺母连接在所述的下端角处，所述平台端与所述的矩形体基座为过盈配合，所述平台端在与所述矩形体基座相邻的面之间分别设置有一组为超声振动平台提供振动的振动机构，各振动机构之间为相互垂直。本发明的一种三维超声纳米振动辅助加工平台，采用单根悬臂梁支撑，结构简单、紧凑，并通过与基座进行过盈配合，能够有效提高超声振动平台的一阶固有频率，从而保证超声纳米振动平台辅助加工的可调频率范围。

技术领域

本发明涉及一种加工平台。特别是涉及一种三维超声纳米振动辅助加工平台。

背景技术

随着纳米器件在航空航天、生物医疗、半导体等领域的广泛应用，对纳米加工的能力也提出了更高的要求。在纳米加工领域，光刻加工、电子束加工、聚集离子束加工等加工方法，由于仪器成本、加工环境的限制，更适合于产品的大批量生产。而基于原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)探针的纳米刻划加工方法，由于其原理简单、简单易行、仪器成本低、且可在实验室环境中实现的优势，更适合进行小批量的样件的加工。但原子力显微镜是作为表面的测量表征设备，直接将其用于纳米加工时，存在一些固有的局限性，比如加工精细度有限，仅在数十纳米级别；加工深度有限，在刻划较硬材料时，最深不超过几十纳米；加工速度低等。所以，基于原子力显微镜探针的纳米加工方法在加工能力上的局限性限制了它的加工效率和应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有结构紧凑、运动解耦、振动频率可调、高一阶固有频率特性的三维超声纳米振动辅助加工平台。

本发明所采用的技术方案是：一种三维超声纳米振动辅助加工平台，包括矩形体基座，所述矩形体基座的一个上端角与所对称的下端角之间贯穿的设置有超声振动平台，所述超声振动平台的平台端嵌在所述的上端角内，所述超声振动平台的尾端通过预紧螺母连接在所述的下端角处，所述平台端与所述的矩形体基座为过盈配合，所述平台端在与所述矩形体基座相邻的面之间分别设置有一组为超声振动平台提供振动的振动机构，各振动机构之间为相互垂直。

所述的矩形体基座在一个上端角与所对称的下端角之间形成有贯通孔，所述贯通孔的轴线与所述矩形体基座的底面成45度夹角，所述矩形体基座在贯通孔的上端口处形成具有三个相互垂直的端面的凹槽，所述矩形体基座在贯通孔的下端口处为斜面结构，所述超声振动平台的平台端嵌在所述的凹槽内，所述的超声振动平台的尾端从所述贯通孔的上端口贯穿所述的贯通孔伸出所述的斜面结构与位于贯通孔外侧的预紧螺母螺纹连接。

所述矩形体基座的底面形成有用于与外部设备相连的螺孔。

每一组所述的振动机构包括有压电陶瓷片和半球形连接片，所述压电陶瓷片的一侧面与所述的半球形连接片的平面侧连接，所述压电陶瓷片的另一侧面与所述的矩形体基座对接，所述半球形连接片的半球面侧与所述的超声振动平台的平台端形成点接触。

本发明的一种三维超声纳米振动辅助加工平台，采用单根悬臂梁支撑，结构简单、紧凑，并通过与基座进行过盈配合，能够有效提高超声振动平台的一阶固有频率，从而保证超声纳米振动平台辅助加工的可调频率范围；采用空间正交布置的三个压电陶瓷片对超声振动平台进行X/Y/Z方向的驱动，可为超声振动平台的提供多种可调的一维、二维、甚至三维的高频(最大可达数MHz)的振动形式，适应不同材料、不同机理的加工需求；压电陶瓷片与超声振动平台之间采用半球形垫片连接，可以有效消除由加工或装配误差导致的对压电陶瓷片的弯矩，防止压电陶瓷片在工作过程中发生破坏；采用预紧固定环对超声振动平台的固定进行预紧，可通过拉伸应力强化原理进一步提高超声振动平台的一阶固有频率。

附图说明

图1是本发明一种三维超声纳米振动辅助加工平台的外部结构示意图；