低損耗超聲加工換能器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低損耗超聲加工換能器，包括在同一軸線上依次連接的后蓋板、PZT晶片、前蓋板和變幅桿，其中變幅桿的尾端上設有安裝聯(lián)接部，該安裝聯(lián)接部的前、后端面上相應設有下凹槽和上凹槽，即整體呈Z字形結構；本實用新型的結構設計巧妙、合理，安裝聯(lián)接部的橫截面輪廓呈Z字形，能較好地與機器外部相結合，且結合效果好，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性能，進而保證加工效果，可以對藍寶石、鐵氧體、氧化鋯等硬脆材料進行有效的加工，另外，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長，易于廣泛推廣使用。
【專利說明】低損耗超聲加工換能器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及換能器【技術領域】，特別涉及一種低損耗超聲加工換能器。

【背景技術】
[0002] 當前一些特殊材料應用越來越廣泛，比如玻璃、藍寶石、碳化娃、復合材料等。這 些材料由于機械特性很硬脆，導致采用傳統(tǒng)的加工工藝無法滿足這些材料的加工精度的要 求。當前行業(yè)采用了超聲能量輔助的方式，結合現(xiàn)有機床的高速旋轉，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，其工作原理為利用壓電逆效應將頻率電信號轉換為 高頻超聲振動，并將超聲能傳輸?shù)郊庸げ牧稀Q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，將對主軸的旋轉特性與壽命產生負面 作用。 實用新型內容
[0004] 針對上述不足，本實用新型的目的在于，提供一種結構設計巧妙、合理，能確保了 超聲振動能量有效地向磨頭工具傳遞，有效提升加工效果且使用壽命長的低損耗超聲加工 換能器。
[0005] 本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案為：一種低損耗超聲加工換能器， 其包括后蓋板、PZT晶片、前蓋板和變幅桿，所述變幅桿的前端呈逐漸縮小狀，且端面設有用 來安裝磨頭工具的裝配孔，該變幅桿的尾端外側面徑向凸起形成一安裝聯(lián)接部，該安裝聯(lián) 接部朝向所述裝配孔的一端面下部設有下凹槽，另一端面上部設有上凹槽，即整體呈Z字 形結構，所述后蓋板、PZT晶片和前蓋板依次疊置，并通過連接部件設置在所述變幅桿的尾 端。
[0006] 作為本實用新型的進一步改進，所述后蓋板、PZT晶片、前蓋板和變幅桿均同心于 基準軸心。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，保證加工質量，且能提升主軸的旋轉特性和延長其使用壽命。
[0007] 作為本實用新型的進一步改進，所述后蓋板的長度為2?6mm。所述PZT晶片的長 度為1?5mm。所述變幅桿的長度為20?50mm，所述前蓋板長度為10?12mm。結構設計 合理，配合效果好。
[0008] 作為本實用新型的進一步改進，所述后蓋板、PZT晶片、前蓋板和變幅桿的外表面 為粗糖面，能有效減少超聲能量的損耗與寄生|吳態(tài)的生成。
[0009] 本實用新型的有益效果為：本實用新型的結構設計巧妙、合理，安裝聯(lián)接部的橫截 面輪廓呈Z字形，能較好地與機器外部相結合，且結合效果好，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性能，進而保證加工效果，另外，本實 用新型的整體結構簡單、緊湊，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長，易于廣泛推廣使用，可以對藍寶 石、鐵氧體、氧化鋯等硬脆材料進行有效的加工。
[0010] 下面結合附圖與實施例，對本實用新型進一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本實用新型的立體結構示意圖一。
[0012] 圖2是本實用新型的立體結構示意圖二。
[0013] 圖3是本實用新型中變幅桿的剖視結構示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 實施例：見圖1、圖2和圖3,本實用新型提供的一種低損耗超聲加工換能器，其包 括后蓋板1、PZT晶片2、前蓋板3和變幅桿4,所述變幅桿4的前端呈逐漸縮小狀，且端面設 有用來安裝磨頭工具5的裝配孔，該變幅桿4的尾端外側面徑向凸起形成一安裝聯(lián)接部41， 參見圖3,該安裝聯(lián)接部41朝向所述裝配孔的一端面下部設有下凹槽42,另一端面上部設 有上凹槽43,即整體呈Ζ字形結構，所述后蓋板1、ΡΖΤ晶片2和前蓋板3依次疊置，并通過 連接部件6設置在所述變幅桿4的尾端。具體的，所述連接部件6為螺釘，該螺釘包括頭部 61和與該頭部61相連接的桿部62,該桿部62依次貫穿所述后蓋板1、ΡΖΤ晶片2和前蓋， 并旋入所述變幅桿4的尾端面。其中前蓋與所述變幅桿4的尾端面相貼合。
[0015] 磨頭工具5插置在變幅桿4的裝配孔上，并通過壓帽7與變幅桿4相固定連接。 將ΡΖΤ晶片2與驅動裝置連接；當所述驅動裝置發(fā)射頻率電信號產生超聲振動時，在本 實施例中，當所述驅動裝置發(fā)射頻率電信號產生超聲振動頻率時，該超聲振動頻率優(yōu)選為 20-60ΚΗΖ，驅動裝置發(fā)射頻率電信號產生超聲振動，帶動所述變幅桿4工作，從而帶動所述 磨頭工具5工作，從而將超聲能量作用在被加工材料上，實現(xiàn)加工的目的。
[0016] 關于壓電材料和變幅桿4材料的選擇，為了減少非軸向振動的影響，提高高效的 超聲能量傳遞效率，壓電材料選擇具有高數(shù)量級的厚度機電耦合系數(shù)Μ氏數(shù)量級的介電 常數(shù)Κ 33τ，低數(shù)量級的徑向機電耦合系數(shù)K31的ΡΖΤ晶片2。對于變幅桿4,則選擇具有低能 量耗散的不銹鋼或鈦合金材料。
[0017] 所述PZT晶片2、所述前蓋板3和所述后蓋板1的尺寸設計遵循下述公式：

【權利要求】
1. 一種低損耗超聲加工換能器，其特征在于：其包括前蓋板、后蓋板、PZT晶片和變幅 桿，所述變幅桿的前端呈逐漸縮小狀，且端面設有用來安裝磨頭工具的裝配孔，該變幅桿的 尾端外側面徑向凸起形成一安裝聯(lián)接部，該安裝聯(lián)接部朝向所述裝配孔的一端面下部設有 下凹槽，另一端面上部設有上凹槽，所述后蓋板、ΡΖΤ晶片和前蓋板依次疊置，并通過連接部 件設置在所述變幅桿的尾端。
2. 根據(jù)權利要求1所述的低損耗超聲加工換能器，其特征在于，所述后蓋板、ΡΖΤ晶片、 前蓋板和變幅桿均同心于基準軸心。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的低損耗超聲加工換能器，其特征在于，所述后蓋板的長度 為2?6mm〇
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的低損耗超聲加工換能器，其特征在于，所述ΡΖΤ晶片的長 度為1?5mm。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的低損耗超聲加工換能器，其特征在于，所述變幅桿的長度 為 20 ?50mm。
6. 根據(jù)權利要求1或2所述的低損耗超聲加工換能器，其特征在于，所述前蓋板長度為 10 ?12mm。
7. 根據(jù)權利要求1所述的低損耗超聲加工換能器，其特征在于，所述后蓋板、ΡΖΤ晶片、 前蓋板和變幅桿的外表面為粗糙面。
8. 根據(jù)權利要求1所述的低損耗超聲加工換能器，其特征在于，所述連接部件為螺釘， 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后蓋板、ΡΖΤ晶片和前蓋， 并旋入所述變幅桿的尾端面。
【文檔編號】B06B1/06GK203874980SQ201420257514
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權日:2014年5月20日
【發(fā)明者】張增英 申請人:張增英