[发明专利]超声加工振动系统可靠性试验装置

说明书

本发明公开了一种超声加工振动系统可靠性试验装置,解决了对被试的超声加工振动系统加载、检测进行可靠性试验的问题，装置包括支架部分、加载部分与物料供给部分；支架部分包括主支架、支架底座、6套上悬臂支架与6套下伸缩支架；支架底座安装在物料供给部分中的地平铁的右端，主支架通过6根竖直立柱安装在支架底座上滑动连接，6套上悬臂支架一端固定在6根竖直立柱上，6套下伸缩支架一端固定在6套上悬臂支架下方的6根竖直立柱上；加载部分的模拟加载系统安装在支架底座内的地平铁上；物料供给部分中的计算机、控制器与数据采集卡安装在地平铁外侧的地基上，其它部件安装在支架底座左侧的地平铁上，地平铁安装在恒温恒湿试验箱内的箱底上。

技术领域

本发明涉及一种应用于超声波机床系统可靠性领域的试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对超声加工振动系统进行可靠性试验的试验装置。

背景技术

近十年来，随着科学技术的发展，超声技术发展极为迅速，其应用遍及航空、航海、国防以及电子等领域，在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。超声技术已成为国际上公认的高科技领域，与其有关的技术产品涉及到振动、电子、机械及材料等新技术。目前，超声技术正在深入到许多科学领域和生产部门，并且在不断发展，解决了很多日常生活中和生产技术中的难题。

超声波加工方法是近40年来逐步发展的一种新型加工方法，它不仅能加工硬质合金、淬火钢等硬脆金属材料，而且更适合于半导体和不导电的非金属硬脆材料(如半导体硅片、锗片以及陶瓷、玻璃等)的精密加工和成形加工。在难加工材料和精密加工中，超声波加工方法具有普通加工无法比拟的工艺效果，具有广泛的应用范围。

超声波加工设备一般包括超声波发生器、超声加工振动系统(包括换能器、变幅杆和加工工具)、超声波加工机床本体、磨料悬浮液冷却系统四个部分。

加工时，由超声波发生器产生16～20kHz的高频电振动信号，经换能器转换为机械振动，此机械振动的振幅较小，约为0.005～0.01mm，不能直接用于超声加工。需通过变幅杆(又称为聚能器)将其放大到约0.01～0.1mm，再传给工具。工具一般通过焊接连接在变幅杆的下端，在工具顶端和工件之间充满着液体(水或煤油)与磨料(碳化硅或碳化硼)混合的磨料悬浮液。工具以一定的压力作用在工件上，工作液中悬浮的磨料颗粒在工具的超声振动下，以很高的速度不断冲击抛磨被加工工件表面。磨料打击工件表面的加速度可达重力加速度的10⁴倍，因而在被加工的表面上造成很大的局部单位面积压力，使工件局部材料发生变形；当达到其强度极限时，材料将发生破坏，被粉碎成特别细的微粒，并被循环的磨料悬浮液带走。

与此同时，悬浮工作液受工具端部的超声振动作用而产生液压冲击和空化作用。所谓空化作用，是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成很多微空腔，促使工作液钻入被加工工件表面材料的微裂纹处。当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空腔闭合，引起极强的液压冲击波，加速了磨料对工件表面的破碎作用。随着磨料悬浮液不断地循环，磨粒的不断更新，加工下来的碎屑不断被排除。综上所述，在游离磨料的冲击、抛磨和磨料悬浮液的空化腐蚀的综合作用下，最终在工件上加工出与工具几何形状相对应的型腔。

超声波加工时，工具与工件间作用力很小，加工机床只需实现工具的工作进给运动及调整工具与工件间相对位置的运动，因此机床构造较简单，一般包括支撑振动系统的机架、工作台面、进给机构以及床身等部分。工具的向下进给以及对工件施加压力靠自重，为了能调节压力大小，在机床后面有可加减的平衡重锤，除此之外，还有重锤杠杆加载、弹簧夹载、液压或气压加载等加压方式。

超声波发生器是超声设备的重要组成部分，担负着向超声换能器提供超声频电能的任务。在超声加工振动系统中，为了获得最大振幅以提高加工效率，不但要求发生器提供的电能有足够的功率，而且要求其频率与换能器振动系统的谐振频率一致。但在实际工作中，由于超声振动系统的温度、刚度、静载荷、加工面积、工具磨损等诸多因素的影响,使得超声振动系统参数发生变化。