CN106965331B - 一种超声辅助加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声辅助加工装置，包括治具模板、振板和换能器，其中，治具模板上表面用于放置被加工件，下表面与振板固定连接，振板侧面安装换能器，通过换能器将超声振动能量顺序传至振板和治具模板，使得治具模板带动被加工件一起振动，实现超声辅助加工。其中，换能器安装于振板侧面而非垂直安装，通过振板实现振型方向转换，减小了装置整体高度，使得本发明可以直接应用于普通加工机床或加工中心，应用原有工艺刀具实现超声加工效果。

Description

一种超声辅助加工装置
技术领域
本发明涉及数控加工制造技术领域，具体地，涉及一种超声辅助加工装置。
背景技术
随着触屏手机、平板电脑、数码相机、GPS、各类查询终端机、各类自助终端和ATM机等数码产品的应用日益普及，作为其必备组件盖板玻璃的应用市场前景广阔。目前，传统加工盖板玻璃及陶瓷片普遍采用常规CNC(计算机数字控制机床)加工的方法，加工效率低，成品率低。随着盖板玻璃材料的更新换代，为提高盖板玻璃耐磨性，材料硬度也越来越高，部分电子产品使用的陶瓷(氧化锆)片、蓝宝石玻璃片，硬度高，使用传统工艺方法加工中极易出现开裂、崩边等缺陷，加工效率、良品率低下，而且磨头的使用寿命也会降低，盖板玻璃加工技术革新迫在眉睫。
超声加工作为20世纪初发展并开始应用于工业领域的一种非常有效的特种加工方法，特别适合于加工玻璃、陶瓷、石英、金刚石、硅等各种硬脆材料，并已得到了广泛应用。将超声加工与传统的切削加工结合所形成新的加工技术既充分发挥了机械加工和超声加工这两种加工技术的优点，又弥补了两种技术的局限和不足。超声辅助切削加工技术不仅可以有效降低切削力、提高加工质量、减小刀具磨损和提高加工效率，而且拓展了可加工材料和可加工零件的适用范围和应用领域。
日本公开的发明专利超声振动台，申请号JP2005041280，提出一种用于加工玻璃，陶瓷，硅，钛，火焰切割材料和一般的金属材料的复合材料，如硬质金属，有机材料，无机材料的切割，涉及用于研磨和抛光的超声振动台。上述专利中采用了超声辅助加工工艺的加工方法，振动台直接作为变幅杆激振被加工件，换能器垂直安装，使得装置整体高度增加，而目前现有的加工机床不经改造，主轴行程不够，无法直接使用。而且当被加工件如盖板玻璃外廓全周都需要加工时，无内孔、槽固定装卡，使得无法进行被加工件的外廓开粗及精加工。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种超声辅助加工装置，以解决现有超声辅助加工装置中整体高度过大，无法直接应用于现有普通加工机床的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述超声辅助加工装置，包括：
换能器；
一个或多个治具模板，治具模板上表面用于放置被加工件；以及
振板，振板的侧面安装有所述换能器，振板上表面固定安装有所述治具模板，
通过换能器将超声振动能量顺序传至振板和治具模板，治具模板带动被加工件一起振动。
优选的，换能器水平安装，通过振板将水平振动转变为垂直振动，并将垂直振动传递给治具模板和被加工件。
进一步地，优选的，振板由轻金属材料制造。
优选的，振板安装换能器的一侧安装有负压管，负压管与振板内部连通，第一通孔穿过治具模板与振板的内部和负压管的通道共同形成负压通道，治具模板上表面设置有气槽，
通过负压管中的负压经所述负压通道及气槽将被加工件吸附在治具模板上表面。
进一步地，优选的，振板内部具有第二通孔，第二通孔两端均安装有堵塞件，负压管安装在堵塞件上，第一通孔与第二通孔和负压管的通道共同形成所述负压通道。
优选的，所述超声辅助加工装置还包括支撑板，支撑板安装在治具模板与振板之间。
进一步地，优选的，从侧面看，支撑板呈T字型，支撑板与治具模板、支撑板与振板均通过螺纹连接。
优选的，所述超声辅助加工装置还包括底座，底座固定在工作台上，
振板的振型节点处安装有定位装置，振板通过所述定位装置固定在底座上。
优选的，所述超声辅助加工装置还包括防护壳，防护壳将振板和换能器包裹在内。
优选的，所述超声辅助加工装置的激振频率为18～40KHz。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明通过换能器将超声振动能量顺序传至振板、治具模板，直至被加工件，实现超声辅助加工工艺。且换能器安装于振板侧面而非垂直安装，通过振板实现振型方向转换，缩短了装置整体高度，可以直接应用于现有普通加工机床或加工中心，无需定制超声刀具，使用原有工艺刀具实现超声辅助加工效果。本发明适合切削脆硬材料的盖板玻璃、陶瓷片等加工件，表面粗糙度Ra≤0.8μm，相对于普通切削加工，切削力降低1/3～1/10，刀具寿命提高120％，切削发热量降低60％，切削速度提高50％。
本发明无旋转供电装置，无需防护，方便使用切削液。
本发明通过负压管真空吸附的方式，对吸附在治具模板表面的被加工件进行固定装卡，使被加工件全周在走刀路径无干涉，从而实现外廓一次装卡，整周加工。
附图说明
图1是本发明所述超声辅助加工装置优选实施例的立体示意图；
图2是图1所示超声辅助加工装置的剖面示意图；
图3是图1所示超声辅助加工装置的主视图；
图4是图1沿所述负压管轴线的轴测剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1至图4来详细说明本实施例。
如图1所示，本发明所述超声辅助加工装置包括：
治具模板100，所述治具模板100上表面用于放置被加工件(如盖板玻璃等)；
振板200，在振板200上表面固定安装有一个或多个治具模板100(图1中示出两个，而不限于此)；以及
换能器300，安装于振板200的侧面，通过换能器300将超声振动能量顺序传至振板200和治具模板100，使得治具模板100带动其上表面的被加工件一起振动，从而实现超声辅助加工工艺。
优选地，换能器300水平安装于振板200的侧面，在工作频率下振板200实现振型方向转换，将水平振动转变为垂直振动，使得超声辅助加工装置整体高度降低。优选地，振板200由轻金属材料制造。本发明所述超声辅助加工装置可以直接应用于普通加工机床或加工中心，无需对原有加工机床改造，无需定制超声刀具，使用原有工艺刀具实现超声辅助加工效果。本发明所述超声辅助加工装置适合切削脆硬材料的盖板玻璃、陶瓷片等加工件，表面粗糙度Ra≤0.8μm，相对于普通切削加工，切削力降低1/3～1/10，刀具寿命提高120％，切削发热量降低60％，切削速度提高50％。
结合图1和图2、图4所示，振板200侧面安装有负压管400，负压管400与振板200内部连通，第一通孔101穿过治具模板100与振板200的内部和负压管400的通道共同形成负压通道。优选地，振板200内部具有第二通孔210，第二通孔210两端均安装有堵塞件410，负压管400安装在第二通孔210其中一端的堵塞件410上，第一通孔101与第二通孔210和负压管400的通道共同形成负压通道。
治具模板100上表面设置有气槽102，负压管400与真空吸气装置连接。对被加工件进行加工时，通过负压管400中的负压经上述负压通道及气槽102将被加工件吸附在治具模板100的上表面，实现对于被加工件的装卡固定。当被加工件(如盖板玻璃)的外廓全周都需要加工时，通过上述真空吸附方式装卡被加工件，可以使被加工件在走刀路径无干涉，进行整周加工。为了减小装置整体尺寸，负压管400与换能器300优选为安装于振板200的同一侧。
根据被加工件的具体形状要求，在治具模板100表面设置有不同的凹槽，以便在加工被加工件时预留让刀空间。例如，如图1所示，在治具模板100表面设置有第一凹槽103和第二凹槽104，分别用于加工手机后背板玻璃上的摄像头孔和闪光灯孔时，预留让刀空间。
如图2所示，所述超声辅助加工装置还可以包括支撑板500，支撑板500安装在治具模板100与振板200之间，支撑板500可有效防止长时间工作引起治具模板100发生形变，提高良品率。优选地，从侧面看，支撑板500呈T字型(如图4所示)，支撑板500与治具模板100、支撑板500与振板200之间分别通过第一螺纹孔501和第二螺纹孔502连接，以拆卸方便。
在超声辅助加工装置包括支撑板500时，第一通孔101也穿过支撑板500组成上述负压通道的一部分，以供负压管400内的负压通过。
在超声辅助加工装置进行系统设计时，通过改变振板200和支撑板500的材料、形状尺寸以及第一通孔101尺寸和位置，在工作激励频率下，使得治具模板100上表面边沿振型仅有轴向的伸缩位移，通过真空吸附在治具模板100上表面的被加工件跟随治具模板100一起做微幅高频振动，在普通加工机床上实现超声辅助加工工艺。
如图1、图2和图3所示，所述超声辅助加工装置还包括底座600，底座600可通过螺栓固定在加工机床的工作台上，振板200固定在底座600上。优选地，在振板200的振型节点处安装定位装置610，振板200通过定位装置610固定在底座600上，其中，定位装置610可以是通过在振板200的振型节点处的螺栓连接振板200与底座600，以防止振动传递到底座600上。
如图1和图3所示，所述超声辅助加工装置还包括防护壳700，防护壳700将振板200与换能器300包裹在内。负压管400穿过防护壳700向外伸出，与真空吸气装置连接。
优选地，本发明超声辅助加工装置的激振频率在18～40KHz，该频率在超声电源适用范围内，能产生更大的振幅。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声辅助加工装置，包括换能器，其特征在于，还包括：
一个或多个治具模板，所述治具模板上表面用于放置被加工件；以及
振板，所述振板的侧面安装有所述换能器，所述振板上表面固定安装有所述治具模板，所述振板安装所述换能器的一侧安装有负压管，所述负压管与所述振板内部连通，第一通孔穿过所述治具模板与所述振板的内部和所述负压管的通道共同形成负压通道，所述治具模板上表面设置有气槽，通过所述负压管中的负压经所述负压通道及所述气槽将所述被加工件吸附在所述治具模板上表面，
其中，通过所述换能器将超声振动能量顺序传至所述振板和所述治具模板，所述治具模板带动所述被加工件一起振动。
2.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于，
所述换能器水平安装，通过所述振板将水平振动转变为垂直振动，并将垂直振动传递给所述治具模板和所述被加工件。
3.根据权利要求2所述的超声辅助加工装置，其特征在于，所述振板由轻金属材料制造。
4.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于，
所述振板内部具有第二通孔，所述第二通孔两端均安装有堵塞件，所述负压管安装在所述堵塞件上，所述第一通孔与所述第二通孔和所述负压管的通道共同形成所述负压通道。
5.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于，
还包括支撑板，所述支撑板安装在所述治具模板与所述振板之间。
6.根据权利要求5所述的超声辅助加工装置，其特征在于，
从侧面看，所述支撑板呈T字型，所述支撑板与所述治具模板、所述支撑板与所述振板均通过螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于，
还包括底座，所述底座固定在工作台上，
所述振板的振型节点处安装有定位装置，所述振板通过所述定位装置固定在所述底座上。
8.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于，还包括防护壳，所述防护壳将所述振板和所述换能器包裹在内。
9.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于，所述超声辅助加工装置的激振频率为18～40KHz。
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