CN109675781A - 一种平面超声振动辅助加工平台 - Google Patents
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Abstract
一种平面超声振动辅助加工平台，包括矩形基体，所述矩形框基体的中部形成有矩形凹槽，所述矩形凹槽中心通过一个由横观各向同性材料构成的解耦支柱设置有运动平台，所述矩形基体的四个内侧边与所述运动平台之间分别设置有一个压电陶瓷驱动器，每个所述压电陶瓷驱动器的平面端与所对应的矩形基体的内侧边为面接触连接，每个所述压电陶瓷驱动器的弧面端与所述运动平台形成点连接，所述矩形基体的四个边上对应所述压电陶瓷驱动器分别设置有螺纹连接且贯穿所述边的预紧螺栓，所述的预紧螺栓用于对运动平台和压电陶瓷驱动器之间的接触连接进行调节性的预紧。本发明使整个***具有足够的刚度和稳定性，振幅可控、频率可控的高精度、高可靠性的超声振动辅助功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工平台。特别是涉及一种平面超声振动辅助加工平台。
背景技术
基于扫描探针的微纳刻划加工技术，由于其结构简单、成本低、精度高、可以刻划任意图案等特点，在微纳尺度的加工中得到了越来越广泛的应用。但是探针直接刻划样品表面——“犁地”式加工，存在着加工法向力大、易产生切屑的堆积、刻划速度慢的固有缺点，并且无法直接刻划高硬度材料、黏弹性材料等特殊性能的材料，严重限制了探针刻划的应用范围。为此，各种用于探针刻划的能量辅助方法相继被研究出来，包括探针加热、电化学加工、振动辅助加工等，其中振动辅助加工具有原理简单、材料适应性强、可在自然环境下工作等优点，但是现有超声振动辅助平台多存在运动耦合、频率有限等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有超声振动的振幅/频率/轨迹可控、并且振动解耦特性的平面超声振动辅助加工平台。
本发明所采用的技术方案是：一种平面超声振动辅助加工平台，包括矩形基体，所述矩形框基体的中部形成有矩形凹槽，所述矩形凹槽中心通过一个由横观各向同性材料构成的解耦支柱设置有运动平台，所述矩形基体的四个内侧边与所述运动平台之间分别设置有一个压电陶瓷驱动器，每个所述压电陶瓷驱动器的平面端与所对应的矩形基体的内侧边为面接触连接，每个所述压电陶瓷驱动器的弧面端与所述运动平台形成点连接，所述矩形基体的四个边上对应所述压电陶瓷驱动器分别设置有螺纹连接且贯穿所述边的预紧螺栓，所述的预紧螺栓用于对运动平台和压电陶瓷驱动器之间的接触连接进行调节性的预紧。
所述的横观各向同性材料是石墨或沉积岩。
所述的解耦支柱的上端与运动平台粘接在一起，下端与矩形凹槽的内底面固定连接。
位于同一直线上的两个压电陶瓷驱动器输入等量相反的正弦位移信号，控制运动平台在所述的直线上作一维正弦振动。
所述矩形基体的四个端角上分别形成有一个通孔，用于通过固定螺栓固定到其他平台上。
本发明的一种平面超声振动辅助加工平台，整体机构采用对称式设计，使整个***具有足够的刚度和稳定性；平面内的超声振动由圆周对称的四个压电陶瓷共同控制，保证超声振动的振幅、频率、精度和可靠性等关键参数；使用横观各性同性材料对平面振动进行解耦，消除超声振动在X/Y两个工作方向上的耦合误差。4个压电陶瓷驱动器为超声振动平台X/Y两个工作方向上提供振幅、频率可控的正弦输入位移控制，位于相同方向上的两个压电陶瓷驱动器输入等量相反的正弦位移信号，控制平台在该方向上作一维正弦振动，两个方向上的振动相互配合(相位、振幅)，即使实现平台微纳加工所需的二维圆形/椭圆振动，或其他类型的平面振动，由于横观各向同性材料的作用——层与层之间的滑动，将有效支撑运动平台进行平面内的解耦超声运动。本发明具有振幅可控、频率可控的高精度、高可靠性的超声振动辅助功能。
附图说明
图1是本发明一种平面超声振动辅助加工平台的结构示意图；
图2是图1的局部剖面图。
图中
1：矩形基体 2：固定螺栓
3：预紧螺栓 4：压电陶瓷驱动器
5：运动平台 6：解耦支柱
7：压电陶瓷驱动器 8：压电陶瓷驱动器
9：压电陶瓷驱动器 10：矩形凹槽
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种平面超声振动辅助加工平台做出详细说明。
如图1、图2所示，本发明的一种平面超声振动辅助加工平台，包括矩形基体1，所述矩形框基体1的中部形成有矩形凹槽10，所述矩形凹槽10中心通过一个由横观各向同性材料构成的解耦支柱6设置有运动平台5，所述的解耦支柱6的上端与运动平台5粘接在一起，下端与矩形凹槽10的内底面固定连接。所述的横观各向同性材料是石墨或沉积岩，对平面振动进行解耦，消除超声振动在X/Y两个工作方向上的耦合误差。
所述矩形基体1的四个内侧边与所述运动平台5之间分别设置有一个压电陶瓷驱动器4、7、8、9，为运动平台5提供振幅、频率可控的正弦输入位移，每个所述压电陶瓷驱动器4、7、8、9的平面端与所对应的矩形基体1的内侧边为面接触连接，每个所述压电陶瓷驱动器4、7、8、9的弧面端与所述运动平台5形成点连接，从而消除运动平台5在振动过程中给压电陶瓷驱动器4、7、8、9产生的有害的侧向力。
所述矩形基体1的四个边上对应所述压电陶瓷驱动器4、7、8、9分别设置有螺纹连接且贯穿所述边的预紧螺栓3，所述的预紧螺栓3用于对运动平台5和压电陶瓷驱动器4、7、8、9之间的接触连接进行调节性的预紧。位于同一直线上的两个压电陶瓷驱动器4、8/7、9输入等量相反的正弦位移信号，控制运动平台5在所述的直线上作一维正弦振动。
所述矩形基体1的四个端角上分别形成有一个通孔，用于通过固定螺栓2固定到其他平台上。
本发明的一种平面超声振动辅助加工平台的工作原理：
4个压电陶瓷驱动器4、7、8、9为运动平台5提供振幅、频率可控的正弦输入位移，其中X方向振动由压电陶瓷驱动器7、9控制，Y方向振动由压电陶瓷驱动器4、8控制，位于相同方向上的两个压电陶瓷驱动器输入等量相反的正弦位移信号，控制运动平台5在该方向上作一维正弦振动，两个方向上的振动相互配合(相位、振幅)，即使实现平台微纳加工所需的二维圆形/椭圆振动，或其他类型的平面振动，由于横观各向同性材料(例如石墨、沉积岩等)的作用——层与层之间的滑动，将有效支撑运动平台5进行平面内的解耦超声运动。
综上所述，本发明的一种平面超声振动辅助加工平台，能够实现振幅可控、频率可控的高精度、高可靠性的平面超声振动。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种平面超声振动辅助加工平台，包括矩形基体(1)，其特征在于，所述矩形框基体(1)的中部形成有矩形凹槽(10)，所述矩形凹槽(10)中心通过一个由横观各向同性材料构成的解耦支柱(6)设置有运动平台(5)，所述矩形基体(1)的四个内侧边与所述运动平台(5)之间分别设置有一个压电陶瓷驱动器(4、7、8、9)，每个所述压电陶瓷驱动器(4、7、8、9)的平面端与所对应的矩形基体(1)的内侧边为面接触连接，每个所述压电陶瓷驱动器(4、7、8、9)的弧面端与所述运动平台(5)形成点连接，所述矩形基体(1)的四个边上对应所述压电陶瓷驱动器(4、7、8、9)分别设置有螺纹连接且贯穿所述边的预紧螺栓(3)，所述的预紧螺栓(3)用于对运动平台(5)和压电陶瓷驱动器(4、7、8、9)之间的接触连接进行调节性的预紧。
2.根据权利要求1所述的一种平面超声振动辅助加工平台，其特征在于，所述的横观各向同性材料是石墨或沉积岩。
3.根据权利要求1所述的一种平面超声振动辅助加工平台，其特征在于，所述的解耦支柱(6)的上端与运动平台(5)粘接在一起，下端与矩形凹槽(10)的内底面固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种平面超声振动辅助加工平台，其特征在于，位于同一直线上的两个压电陶瓷驱动器(4、8/7、9)输入等量相反的正弦位移信号，控制运动平台(5)在所述的直线上作一维正弦振动。
5.根据权利要求1所述的一种平面超声振动辅助加工平台，其特征在于，所述矩形基体(1)的四个端角上分别形成有一个通孔，用于通过固定螺栓(2)固定到其他平台上。
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