[发明专利]一种基于二维振动的用于大型零件加工的单向超声振动平台及其操作方法

权利要求书

1.一种基于二维振动的用于大型零件加工的单向超声振动平台，其特征在于，利用两个方向的振动耦合效应在超声平台中心形成单向大范围均匀振动区域，超声平台的组成包括二维多孔超声振动平台、固定支脚、超声波换能器；

二维多孔超声振动平台水平放置，固定支脚安装在二维多空超声振动平台正反两面相同波节点位置；基于表观弹性模量法，二维多孔超声振动平台长度、宽度、频率之间应满足以下条件：

n₁n₂＝1

其中l_x、l_y分别表示平板长度、宽度，f为超声振动频率，ρ为平板材料密度，n为耦合系数，v为泊松比，E为材料弹性模量；通过需要的平台长度l_x、谐振频率f、可计算平台宽度l_y，通过平台长度、宽度、超声频率三者之间的协同设计实现二维波的耦合；

在超声振动平台上利用两个方向的振动合成单一方向超声平台中心区域均匀的超声振动；

超声波换能器依次由超声波变幅杆、压电陶瓷、后盖板组成；二维多孔超声振动平台侧面沿着中轴线连接超声波换能器，超声波换能器使用预紧螺栓将后盖板、压电陶瓷和超声波变幅杆压紧，超声变幅杆前边安装双头螺柱连接至二维多孔超声振动平台；

二维多孔超声振动平台表面均匀分布贯通性的螺纹孔；

贯通螺纹孔满足：

(1)在孔径为0-12mm且大于0范围内，平板中心区域的振幅达到最大值；

(2)平板开孔后频率改变量小于未开孔谐振频率的1/20；

(3)孔之间的距离为20mm；

在二维多孔超声振动平台中心区域的螺纹孔之间分布等距凹槽，凹槽的方向平行于上述安装超声波换能器的中轴线；

所述的凹槽的长度、宽度、深度满足以下条件：

(1)凹槽的长度等于中心纵振区域长度；

(2)凹槽的宽度为2mm；

(3)凹槽深度满足：①、凹槽的深度尽量大，可以最大程度减弱y轴振动；②、增加凹槽后平板z方向振幅增量小于未增加凹槽平板z轴振幅的1/20；

(4)每个凹槽之间的间距l等于孔之间的间距；

(5)中心区域凹槽的数量n满足，nl＝L,其中，L为平板y轴方向半波长。

2.根据权利要求1所述的基于二维振动的用于大型零件加工的单向超声振动平台，其特征在于，所述的螺纹孔按照纵向、横向等距离排布，直径相等。

3.权利要求1所述的基于二维振动的用于大型零件加工的单向超声振动平台的操作方法，其特征在于，步骤如下：

(1)、固定支脚通过螺纹固定在二维多孔超声振动平台正反两个面上相同的波节点位置，压板作用于支脚位置将二维多孔超声振动平台固定在机床上；将工件固定在二维多孔超声振动平台的中心区域，工件的长度、宽度不超过中心纵振区域；

(2)、超声波电源发出超声频率震荡信号经过超声波换能器转换成正弦变化机械位移，产生沿着压电陶瓷厚度方向的纵向超声振动；

(3)、超声振动通过圆锥型变幅杆振幅被放大，驱动二维多孔超声振动平台机械振动；

(4)、二维多孔超声振动平台上设有纵向的凹槽和纵横方向遍布的贯通性螺纹孔；

(5)、谐振条件下，横纵波的耦合叠加在二维多孔超声振动平台中心区域形成单向振动均匀的超声振动，平台中心区域产生单一的纵向振动，被固定在二维多孔超声振动平台的中心区域的工件上产生单一纵向振动；

(6)、调节超声电源输出电压可以调节工件的振幅。