阅读说明：本技术 一种双激励纵扭复合超声振动装置 (Double-excitation longitudinal-torsional composite ultrasonic vibration device ) 是由 赵学奇 马原 许超 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及超声振动加工技术领域,特指一种双激励纵扭复合超声振动装置,包括用于产生纵向超声振动的两个超声振子、用于将两个超声振子产生的纵向超声振动转化为纵扭复合振动的变幅杆以及用于切削材料的刀具,两个超声振子之间呈角度倾斜以及相互交错的固定安装在变幅杆上端两侧,变幅杆的下端与刀具固定连接。采用这样的结构设置,超声振子产生的纵向超声振动以一定角度传递到变幅杆时,会产生轴向分量和径向分量,轴向分量使变幅杆下端作纵向振动,径向分量使变幅杆下端作扭转振动,传递到变幅杆的波形相互叠加,则在变幅杆的下端产生纵扭复合振动,并作用力于刀具,实现对材料的切削加工,有利于减小切削力和提高加工效率,改善加工质量。(The invention relates to the technical field of ultrasonic vibration processing, in particular to a double-excitation longitudinal-torsional composite ultrasonic vibration device which comprises two ultrasonic vibrators for generating longitudinal ultrasonic vibration, an amplitude transformer for converting the longitudinal ultrasonic vibration generated by the two ultrasonic vibrators into longitudinal-torsional composite vibration and a cutter for cutting materials, wherein the two ultrasonic vibrators are fixedly arranged on two sides of the upper end of the amplitude transformer in an angle-inclined and mutually staggered manner, and the lower end of the amplitude transformer is fixedly connected with the cutter. By adopting the structure, when the longitudinal ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator is transmitted to the amplitude transformer at a certain angle, an axial component and a radial component can be generated, the axial component enables the lower end of the amplitude transformer to vibrate longitudinally, the radial component enables the lower end of the amplitude transformer to vibrate in a torsional mode, and waveforms transmitted to the amplitude transformer are mutually superposed, so that longitudinal-torsional composite vibration is generated at the lower end of the amplitude transformer, and an acting force is exerted on a cutter, so that the cutting processing of materials is realized, the cutting force is reduced, the processing efficiency is improved, and the processing quality is improved.)

一种双激励纵扭复合超声振动装置

技术领域

本发明涉及超声振动加工

技术领域

，特指一种双激励纵扭复合超声振动装置。

背景技术

目前的超声加工中，一般都采用纵向超声振动，轴向冲击力大，影响硬脆材料的表面加工效果，研究表明纵扭复合振动更有利于减小切削力和提高加工效率，改善加工质量。实现纵扭复合超声振动主要有两种方法：一是将压电陶瓷片沿切向极化，但此种方法工艺复杂、加工难度大、废品率高，且制备出的换能器功率小，扭转力矩损耗大；二是对变幅杆采用特殊结构设计，如斜槽式、螺旋槽式、榫卯式，使换能器产生的纵波倾斜入射沟槽时，产生扭转振动，但这些斜槽只能将部分纵向振动转化为扭转振动，且扭转振动在实心变幅杆中传递时由于内部材料间摩擦的存在，导致能量损耗，这就导致最终的扭转分量很小。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种双激励纵扭复合超声振动装置，实现较大扭振振幅输出，提高纵扭转换效率，便于更换不同刀具，适用于硬度大、脆性强材料的旋转超声加工。

为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：

一种双激励纵扭复合超声振动装置，包括用于产生纵向超声振动的两个超声振子、用于将两个超声振子产生的纵向超声振动转化为纵扭复合振动的变幅杆以及用于切削材料的刀具，两个超声振子之间呈角度倾斜以及相互交错的固定安装在变幅杆上端两侧，变幅杆的下端与刀具固定连接。

根据上述方案，所述超声振子包括后盖板、紧固件、多个电极片以及多个压电陶瓷片，多个电极片与多个压电陶瓷片沿轴向交替排列固定于后盖板与变幅杆之间，且相邻两个压电陶瓷片的极化方向相反，紧固件穿过后盖板、多个电极片以及多个压电陶瓷片后，固定于变幅杆上，电极片与电能传输系统电路连接。

根据上述方案，所述电极片与压电陶瓷片的数量相等且为偶数，电极片材料为铜片或镀银铜片。

根据上述方案，所述变幅杆的上端设有两个交错设置且用于安装超声振子的倾斜面，倾斜面上垂直设有与紧固件相匹配的螺纹孔，变幅杆中部的外圆周面上设有安装法兰，且安装法兰的上下两个端面上设有至少一个环形凹槽，且环形凹槽的深度大于或等于安装法兰厚度的一半。

根据上述方案，所述倾斜面的倾斜角度范围为0°～90°。

根据上述方案，所述变幅杆的下端通过夹头与压帽固定连接于刀具，变幅杆的下端外圆周面上设有与压帽相匹配的外螺纹，变幅杆的下端内部设有用于安装夹头的锥孔，刀具的一端穿设于安装在锥孔的夹头内，并通过压帽旋紧于变幅杆下端的外螺纹上，将刀具的一端锁紧于变幅杆下端。

根据上述方案，所述变幅杆的下端通过热装或冷装固定连接于刀具。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，超声振子产生的纵向超声振动以一定角度传递到变幅杆时，会产生轴向分量和径向分量，轴向分量使变幅杆下端作纵向振动，径向分量使变幅杆下端作扭转振动，传递到变幅杆的波形相互叠加，则在变幅杆的下端产生纵扭复合振动，并作用力于刀具，实现对材料的切削加工，本发明可实现较大扭振振幅输出，提高纵扭转换效率，便于更换不同刀具，适用于硬度大、脆性强材料的旋转超声加工。

附图说明

图1是本发明实施例一中双激励纵扭复合超声振动装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一中双激励纵扭复合超声振动装置的结构爆炸图；

图3是本发明实施例一中变幅杆的结构剖视图；

图4是本发明实施例二中双激励纵扭复合超声振动装置的结构示意图。

1.超声振子；2.变幅杆；3.夹头；4.压帽；5.刀具；101.后盖板；102.紧固件；103.电极片；104.压电陶瓷片；201.倾斜面；202.螺纹孔；203.安装法兰；204.环形凹槽；205.外螺纹；206.锥孔；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例一：

如图1至图3所示，本发明所述一种双激励纵扭复合超声振动装置，包括用于产生纵向超声振动的两个超声振子1、用于将两个超声振子1产生的纵向超声振动转化为纵扭复合振动的变幅杆2以及用于切削材料的刀具5，两个超声振子1之间呈角度倾斜以及相互交错的固定安装在变幅杆2上端两侧，变幅杆2的下端与刀具5固定连接。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，其工作原理：超声振子1产生的纵向超声振动以一定角度传递到变幅杆2时，会产生轴向分量和径向分量，轴向分量使变幅杆2下端作纵向振动，径向分量使变幅杆2下端作扭转振动，传递到变幅杆2的波形相互叠加，则在变幅杆2的下端产生纵扭复合振动，并作用力于刀具5，实现对材料的切削加工，本发明可实现较大扭振振幅输出，提高纵扭转换效率，便于更换不同刀具5，适用于硬度大、脆性强材料的旋转超声加工。

在本实施例中，所述超声振子1包括后盖板101、紧固件102、多个电极片103以及多个压电陶瓷片104，多个电极片103与多个压电陶瓷片104沿轴向交替排列固定于后盖板101与变幅杆2之间，且相邻两个压电陶瓷片104的极化方向相反，紧固件102穿过后盖板101、多个电极片103以及多个压电陶瓷片104后，固定于变幅杆2上，电极片103与电能传输系统电路连接。采用这样的结构设置，通过紧固件102将多个电极片103以及多个压电陶瓷片104串联在一起，装配非常简单。实际应用中，装配时需要确保多个电极片103和多个压电陶瓷片104以及变幅杆2之间紧密贴合。

在本实施例中，所述电极片103与压电陶瓷片104的数量相等且为偶数，电极片103材料为铜片或镀银铜片。

在本实施例中，所述变幅杆2的上端设有两个交错设置且用于安装超声振子1的倾斜面201，倾斜面201上垂直设有与紧固件102相匹配的螺纹孔202，变幅杆2中部的外圆周面上设有安装法兰203，且安装法兰203的上下两个端面上设有至少一个环形凹槽204，且环形凹槽204的深度大于或等于安装法兰203厚度的一半。采用这样的结构设置，方便将两个超声振子1装配于变幅杆2上。实际应用中，刀具5下端应为超声波谐振模态中的波腹，振幅最大，安装法兰203应为超声波谐振模态中的波节，理想振幅为0，环形凹槽204为减振作用，避免超声振动经由刀柄传递至机床主轴。

在本实施例中，所述倾斜面201的倾斜角度范围为0°～90°。

在本实施例中，所述变幅杆2的下端通过夹头3与压帽4固定连接于刀具5，变幅杆2的下端外圆周面上设有与压帽4相匹配的外螺纹205，变幅杆2的下端内部设有用于安装夹头3的锥孔206，刀具5的一端穿设于安装在锥孔206的夹头3内，并通过压帽4旋紧于变幅杆2下端的外螺纹205上，将刀具5的一端锁紧于变幅杆2下端。采用这样的结构设置，通过夹头3与压帽4将刀具5固定于变幅杆2的下端，其装配非常方便，其中夹头3可以是市面上常见的ER弹簧夹头，SK夹头等，便于更换不同直径加工刀具5。

实施例二：

在本实施例中，所述变幅杆2的下端通过热装或冷装固定连接于刀具5。本实施例二与实施例一的区别在于：变幅杆2与刀具5的连接方式为热装，而实施例一是通过夹头3与压帽4的连接方式。

以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但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，而不是限制性的，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，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。