[发明专利]超声波微米精度加工成型装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波加工成型装置，特别涉及一种超声波微米精度加工成型装置。

背景技术

超声波加工设备目前主要应用于切断或贯穿硬脆材料。一般的超声波加工成型机的加工方式是利用超声波产生器连接变幅杆及刀具，超声波产生器产生每秒1.5万次以上的超声波振动并提供给变幅杆及刀具使其产生共振，再利用刀具使待要加工的工件切削或贯穿。

然而，已知的超声波加工成型机，由于变幅杆与刀具是使用固锁的方式来接合，因此变幅杆与刀具的设计会受到彼此结构的限制。如图1，已知的变幅杆呈现倒三角锥形，变幅杆与超声波产生器的接合部位1比变幅杆与刀具的接合部位2粗，此结构会使得变幅杆与刀具的接合部位2的振幅大于超声波产生器提供的振幅，因此容易使刀具磨耗严重，且无法提供较大面积的成型加工。若任意加大变幅杆与刀具的接合部位2的面积，在加工过程中容易使加工面变形，因此无法加工出公差小于微米级的形状或尺寸为微米级的精细结构。此外，变幅杆的接合部位1与接合部位2之间的振幅误差会造成变幅杆与刀具之间产生波传递的干扰，影响超声波加工成型机的加工精度。

由以上说明可以知道，超声波加工成型机因采用传统的变幅杆结构可能造成的缺点有：

一、在加工过程中变幅杆的振幅在垂直方向上的变化量大，工作面积小，使加工精度难以控制，无法满足现阶段产业的精密及大量生产的需求。

二、容易使刀具磨损严重，亦无法控制精度及评量加工时的情况，因此无法将加工尺寸微小化。

因此，如何改善上述缺点以提高超声波加工精度是本领域亟欲解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能提高加工精度的超声波微米精度加工成型装置。

为了达到上述目的之一或全部目的，本发明提供一种超声波微米精度加工成型装置，其包括：超声波产生模块、刀具及变幅杆。超声波产生模块用以提供超声波频率震荡；刀具设置于超声波产生模块下方，并具有微米级精度结构；变幅杆设置于超声波产生模块及刀具之间，并接收超声波产生模块的超声波频率震荡，其中该变幅杆在三维空间中的轮廓藉由X轴、Y轴及Z轴所形成的坐标来表示，该X轴、该Y轴及该Z轴三者中任两者相互垂直，并且变幅杆具有第一截面及第二截面，第一截面及第二截面都垂直于变幅杆的Z轴方向且彼此平行，第一截面位于变幅杆与该刀具的接合处，而第二截面与刀具的距离大于第一截面与刀具的距离，第一截面的面积大于或等于第二截面的面积，变幅杆接收超声波产生模块的超声波频率震荡后，变幅杆在X轴方向产生第一变形量，变幅杆在Y轴方向产生第二变形量，变幅杆在Z轴方向产生第三变形量，第一变形量除以第三变形量的值大于0％且小于1％，第二变形量除以第三变形量的值大于0％且小于1％。

在一个实施例中，变幅杆具有第三截面，该第三截面平行于第一截面及第二截面，第三截面与该刀具的距离大于第二截面与该刀具的距离，其中第三截面的面积大于或等于第二截面的面积，用以将第二截面的振幅放大，在提高加工精度的情形下，同时可增加生产效率。

在一个实施例中，变幅杆具有第四截面，该第四截面平行于第一截面及第二截面，第四截面与刀具的距离大于第二截面与刀具的距离，其中第四截面的面积小于第二截面的面积，用以调整第二截面的振幅。

在一个实施例中，超声波产生模块具有超声波控制箱及换能器，超声波控制箱提供换能器电能及振动模态，而换能器接收电能及振动模态后产生超声波频率震荡，并将超声波频率震荡传递至变幅杆。

在一个实施例中，超声波产生模块提供的超声波频率震荡的振幅大于或等于变幅杆的该第一截面的振幅。

在一个实施例中，变幅杆的材料选自由不锈钢、模具钢、工具钢、铝合金、镁合金及钛合金所构成的组。

在一个实施例中，变幅杆的第一截面具有复数个取样点，该复数个取样点中的每一个在Z轴方向产生第三变形量，计算此第三变形量的标准偏差，标准偏差除以该第三变形量的平均值大于0％且小于1％，使变幅杆的该第一截面的振幅小于或等于超声波产生模块提供的超声波频率震荡的振幅。

本发明的超声波微米精度加工成型装置，其变幅杆的结构能配合具有微米尺寸及微米精度结构的刀具或具有微米级阵列结构的刀具，不但可以使超声波微米精度加工成型装置将工件的形状及样式达到微米级精度，并且可做到已知的加工模式难以做到的形状及精度。

附图说明

图1示出现有技术的变幅杆。

图2示出本发明的超声波微米精度加工成型装置。

图3A-3E示出本发明的一个实施例的变幅杆及刀具。

图4示出本发明的一个实施例的变幅杆。