低阻抗超聲加工換能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低阻抗超聲加工換能器，其包括磨頭、壓電陶瓷組件和變幅桿，磨頭通設(shè)置在變幅桿的首端，該變幅桿的安裝聯(lián)接部兩側(cè)面上交錯設(shè)有上、下凹槽，壓電陶瓷組件設(shè)置在變幅桿的尾部，壓電陶瓷組件包括至少四塊依次疊置，且相并聯(lián)的壓電陶瓷；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，巧妙將多個壓電陶瓷進(jìn)行疊置、并聯(lián)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，阻抗低，有效降低能耗，提升工作效率；而且安裝聯(lián)接部上設(shè)有上、下凹槽，呈交錯結(jié)構(gòu)設(shè)置，輪廓類似Z字形，能較好地與機器外部相結(jié)合，有效地避免了超聲能量向外擴散，確保了超聲能量有效傳遞到被加工材料，從而保證超聲能量的傳遞路徑，加工效果好，可以對藍(lán)寶石、鐵氧體、氧化鋯等硬脆材料進(jìn)行有效的加工。
【專利說明】低阻抗超聲加工換能器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及換能器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種低阻抗超聲加工換能器。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前一些特殊材料應(yīng)用越來越廣泛，比如玻璃、藍(lán)寶石、碳化娃、復(fù)合材料等。這些材料由于機械特性很硬脆，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)的加工工藝無法滿足這些材料的加工精度的要求。當(dāng)前行業(yè)采用了超聲能量輔助的方式，結(jié)合現(xiàn)有機床的高速旋轉(zhuǎn)，用于這類硬脆材料的可加工性、加工精度、以及提高加工刀具的壽命。在超聲輔助加工中，超聲能是加工工藝最為關(guān)鍵的參數(shù)，其起到激發(fā)材料原子能，降低切削力等作用。換能器(Transducer)是超聲加工中提供超聲能量的核心執(zhí)行機構(gòu)，其工作原理為利用壓電逆效應(yīng)將頻率電信號轉(zhuǎn)換為高頻超聲振動，并將超聲能傳輸?shù)郊庸げ牧?。換能器作為超聲能量傳遞的載體，其工作性能直接影響加工材料的表面精度、加工效率、刀具壽命。為保證材料的加工精度與效率，需要精確控制換能器的超聲能量傳遞與振動模式。
[0003]此外，在機床主軸上增加超聲波模塊，如果換能器的振動特性不得到有效的控制，將會影響到機床的主軸，尤其會影響到主軸的軸承，將對主軸的旋轉(zhuǎn)特性與壽命產(chǎn)生負(fù)面作用。同時阻抗較大，能量損耗多，發(fā)熱明顯，難以保證工作的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙、合理，阻抗小，能量損耗少，發(fā)熱低，同時也確保了超聲振動能量有效地向磨頭工具傳遞，有效提升加工效率且使用壽命長的低阻抗超聲加工換能器。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:一種低阻抗超聲加工換能器，其包括磨頭、壓電陶瓷組件和變幅桿，所述磨頭通過夾頭設(shè)置在所述變幅桿的首端，該變幅桿的尾部外側(cè)面徑向凸起形成一安裝聯(lián)接部，該安裝聯(lián)接部朝向所述磨頭的一端面下部設(shè)有下凹槽，另一端面上部設(shè)有上凹槽，所述壓電陶瓷組件通過連接部件設(shè)置在所述變幅桿的尾部，所述壓電陶瓷組件包括至少四塊依次疊置，且相并聯(lián)的壓電陶瓷。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述夾頭包括壓帽和夾筒，所述變幅桿的前端面中心位置設(shè)有安裝所述夾筒相的裝配腔，外緣位置設(shè)有與所述壓帽相適配的裝配凹位，所述夾筒的封閉一端插入裝配腔內(nèi)，開口一端呈逐漸增大狀，且呈圓心對稱設(shè)有多條夾緊裂槽，所述壓帽套設(shè)在所述裝配凹位上，且中心位置設(shè)有縮緊卡孔，并在所述夾筒的開口一端設(shè)有與該縮緊卡孔相適配的卡頭。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述磨頭、壓電陶瓷組件和變幅桿均同心于基準(zhǔn)軸心。減少非軸向振動的影響，以確保作單一的軸向運動，不僅大大提高超聲能量傳遞效率，保證加工質(zhì)量，且能提升主軸的旋轉(zhuǎn)特性和延長其使用壽命。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述連接部件包括螺釘和蓋體，該螺釘包括頭部和與該頭部相連接的桿部，該桿部依次貫穿所述蓋體和壓電陶瓷組件，并旋入所述變幅桿的尾端面。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安裝使用方便。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述蓋體、壓電陶瓷組件和變幅桿的外表面為粗糙面，能有效減少超聲能量的損耗與寄生模態(tài)的生成。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述安裝聯(lián)接部上呈圓心對稱設(shè)有多個安裝孔，方便安裝使用，給工作帶來便利。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述變幅桿的尾部端面的中心位置凸起形成一與所述壓電陶瓷組件的外形輪廓相適配的安裝凸臺。不僅裝配效果好，且保證超聲能量的傳遞路徑，提升超聲能量傳遞效率，具有良好的工作性能。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，巧妙將多個壓電陶瓷進(jìn)行疊置、并聯(lián)，并合理設(shè)置其位置，整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，體積小，阻抗低，有效降低能耗，提升工作效率；同時安裝聯(lián)接部上設(shè)有上、下凹槽，從橫截面方向看，呈交錯結(jié)構(gòu)設(shè)置，輪廓類似Z字形，能較好地與機器外部相結(jié)合，且結(jié)合效果好，有效地避免了超聲能量向外擴散，確保了超聲能量有效傳遞到被加工材料，從而保證超聲能量的傳遞路徑，不僅大大提升超聲能量傳遞效率，而且又能保證機床主軸的旋轉(zhuǎn)性能，進(jìn)而保證加工效果，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長，易于廣泛推廣使用，可以對藍(lán)寶石、鐵氧體、氧化鋯等硬脆材料進(jìn)行有效的加工。
[0013]下面結(jié)合附圖與實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明中變幅桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0017]實施例:見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明提供的一種低阻抗超聲加工換能器，其包括磨頭1、壓電陶瓷組件2和變幅桿3，所述磨頭I通過夾頭4設(shè)置在所述變幅桿3的首端，該變幅桿3的尾部外側(cè)面徑向凸起形成一安裝聯(lián)接部31，該安裝聯(lián)接部31朝向所述磨頭I的一端面下部設(shè)有下凹槽311，另一端面上部設(shè)有上凹槽312，從橫截面方向看，呈交錯結(jié)構(gòu)設(shè)置，輪廓類似Z字形。所述壓電陶瓷組件2通過連接部件5設(shè)置在所述變幅桿3的尾部，所述壓電陶瓷組件2包括至少四塊依次疊置，且相并聯(lián)的壓電陶瓷21。本實施例中，優(yōu)選將四塊壓電陶瓷21相疊置，各個壓電陶瓷21采用并聯(lián)方式連接，在保證具有小體積的基礎(chǔ)上，有效降低阻抗，耗能低。其它實施例中，可以采用六塊壓電陶瓷21進(jìn)行疊置，且并聯(lián)連接。當(dāng)然，也可以采用八塊或更多塊壓電陶瓷21進(jìn)行疊置，且并聯(lián)連接。
[0018]較佳的，所述磨頭1、壓電陶瓷組件2和變幅桿3均同心于基準(zhǔn)軸心。減少非軸向振動的影響，以確保作單一的軸向運動，不僅大大提高超聲能量傳遞效率，保證加工質(zhì)量，且能提升主軸的旋轉(zhuǎn)特性和延長其使用壽命。為方便安裝使用，在所述安裝聯(lián)接部31上呈圓心對稱設(shè)有多個安裝孔35，給工作帶來便利。
[0019]參見圖2和圖3，所述夾頭4包括壓帽41和夾筒42，所述變幅桿3的前端面中心位置設(shè)有安裝所述夾筒42相的裝配腔32，外緣位置設(shè)有與所述壓帽41相適配的裝配凹位33，所述夾筒42的封閉一端插入裝配腔32內(nèi)，開口一端呈逐漸增大狀，且呈圓心對稱設(shè)有多條夾緊裂槽421，所述壓帽41套設(shè)在所述裝配凹位33上，且中心位置設(shè)有縮緊卡孔411，并在所述夾筒42的開口一端設(shè)有與該縮緊卡孔411相適配的卡頭422。
[0020]具體的，參見圖1和2，所述連接部件5包括螺釘51和蓋體52，該螺釘51包括頭部和與該頭部相連接的桿部，該桿部依次貫穿所述蓋體52和壓電陶瓷組件2，并旋入所述變幅桿3的尾端面。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安裝使用方便。
[0021]在本實施例中，優(yōu)選的，所述蓋體52、壓電陶瓷組件2和變幅桿3的外表面為粗糙面，其中所述蓋體52、壓電陶瓷組件2的表面粗糙度為0.4 μ m，所述變幅桿3的表面粗糙度為0.8 μm，這樣能盡可能地減少超聲能量的損耗與寄生模態(tài)的生成。
[0022]參見圖3，還可以使所述變幅桿3的尾部端面的中心位置凸起形成一與所述壓電陶瓷組件2的外形輪廓相適配的安裝凸臺34。不僅裝配效果好，且保證超聲能量的傳遞路徑，提升超聲能量傳遞效率，具有良好的工作性能。
[0023]工作時，由于本發(fā)明巧妙將多個壓電陶瓷進(jìn)行疊置、并聯(lián)，并合理設(shè)置其位置，有效降低阻抗，耗能低，發(fā)熱量少，保證工作的穩(wěn)定性。同時在安裝聯(lián)接部31上設(shè)有下凹槽311和上凹槽312，橫截面輪廓呈Z字形，能較好地與機器外部相結(jié)合，且結(jié)合效果好，有效地超聲能量的向外傳遞，從而保證超聲能量的傳遞路徑，不僅大大提升超聲能量傳遞效率，而且又能保證機床主軸的旋轉(zhuǎn)性能，進(jìn)而保證加工效果，具有良好的工作性能，可以對藍(lán)寶石、鐵氧體、氧化錯等硬脆材料進(jìn)彳T有效的加工。
[0024]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制，采用與其相同或相似的其它換能器，均在本發(fā)明保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低阻抗超聲加工換能器，其特征在于:其包括磨頭、壓電陶瓷組件和變幅桿，所述磨頭通過夾頭設(shè)置在所述變幅桿的首端，該變幅桿的尾部外側(cè)面徑向凸起形成一安裝聯(lián)接部，該安裝聯(lián)接部朝向所述磨頭的一端面下部設(shè)有下凹槽，另一端面上部設(shè)有上凹槽，所述壓電陶瓷組件通過連接部件設(shè)置在所述變幅桿的尾部，所述壓電陶瓷組件包括至少四塊依次疊置，且相并聯(lián)的壓電陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低阻抗超聲加工換能器，其特征在于，所述夾頭包括壓帽和夾筒，所述變幅桿的前端面中心位置設(shè)有安裝所述夾筒相的裝配腔，外緣位置設(shè)有與所述壓帽相適配的裝配凹位，所述夾筒的封閉一端插入裝配腔內(nèi)，開口一端呈逐漸增大狀，且呈圓心對稱設(shè)有多條夾緊裂槽，所述壓帽套設(shè)在所述裝配凹位上，且中心位置設(shè)有縮緊卡孔，并在所述夾筒的開口一端設(shè)有與該縮緊卡孔相適配的卡頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低阻抗超聲加工換能器，其特征在于，所述磨頭、壓電陶瓷組件和變幅桿均同心于基準(zhǔn)軸心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低阻抗超聲加工換能器，其特征在于，所述連接部件包括螺釘和蓋體，該螺釘包括頭部和與該頭部相連接的桿部，該桿部依次貫穿所述蓋體和壓電陶瓷組件，并旋入所述變幅桿的尾端面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低阻抗超聲加工換能器，其特征在于，所述蓋體、壓電陶瓷組件和變幅桿的外表面為粗糙面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低阻抗超聲加工換能器，其特征在于，所述安裝聯(lián)接部上呈圓心對稱設(shè)有多個安裝孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的低阻抗超聲加工換能器，其特征在于，所述變幅桿的尾部端面的中心位置凸起形成一與所述壓電陶瓷組件的外形輪廓相適配的安裝凸臺。
【文檔編號】B06B1/06GK104475318SQ201410657716
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】張增英, 李澤湘, 張亮亮, 劉謀洋 申請人:東莞市優(yōu)超精密技術(shù)有限公司