单激励纵弯复合振动超声换能器的制作方法

本发明属于超声加工技术领域，更具体地说本发明涉及一种单激励纵弯复合振动超声换能器。

背景技术：

目前，微小型零部件在工业各个领域的应用不断增加，尤其是在航空航天、生物医学、电子通讯和环保等领域。微细铣削技术在加工具有复杂形貌的微型零部件方面有着其独特的优势，但是在加工工程陶瓷、石英、光学玻璃、单晶硅、宝石、硬质合金和复合材料等硬脆性材料过程中存在着切削力大、刀具磨损严重，以及工件边缘崩碎严重等问题。超声椭圆振动辅助加工技术在硬脆性材料加工方面有着得天独厚的优势，因此国内外众多学者将超声椭圆振动辅助加工技术引进到微细铣削中。研究表明超声椭圆振动辅助加工可以实现刀具切屑及工件的间歇性地分离，从而切削液就更容易流入切削区域充分冷却刀具，减低加工区域温度，延长刀具的使用寿命。

超声椭圆振动通常是将两个单向超声波振动进行复合形成的，目前，纵弯复合超声振动的换能器主要有两大类：一、通过对多片压电陶瓷片同频双激励复合而形成；二、对换能器的结构进行特殊化设计来实现单激励纵弯复合振动。

目前在超声椭圆振动辅助微细加工中，大多数都是在主轴上施加旋转超声椭圆振动，因而需要对主轴进行较大的改动。鉴于此，需要改变超声椭圆振动传统的施加方法，改为在工件上施加纵弯复合超声椭圆振动，从而避免对主轴进行较大的改动。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够满足在单激励下实现纵弯复合超声椭圆振动的单激励纵弯复合振动超声换能器，该换能器具有结构简单、设计合理、可移植性强等优点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种单激励纵弯复合振动超声换能器，包括前盖板和后端盖，在所述前盖板和所述后端盖之间夹装有间隔设置的铜片电极与压电陶瓷晶片，所述前盖板、所述后端盖、所述铜片电极和所述压电陶瓷晶片采用预紧螺钉穿装在一起，在所述预紧螺钉上设有所述铜片电极和所述压电陶瓷晶片的部位设有绝缘套，所述铜片电极和所述压电陶瓷晶片套装在所述绝缘套上；在所述后端盖的左右两侧设有对称布置的两个支撑立柱，所述支撑立柱设置在该换能器的振动节点处，所述支撑立柱采用紧固螺钉固定；在所述前盖板上设有位于所述预紧螺钉前方的矩形斜槽。

所述矩形斜槽为等间距分布的多个，所述矩形斜槽为通槽。

在所述支撑立柱3和所述后端盖5之间设有与它们一体形成的柔性铰链。

所述前盖板和所述后盖板横截面均为矩形，所述前盖板沿轴线方向的外形轮廓为指数形曲线。

本发明具有的优点和积极效果是：通过采用在前盖板上设置矩形斜槽的结构，易于实现平面内纵-弯复合振动，具有结构简单、设计合理、可移植性强等优点，对于平面内单激励复合振动具有指导性意义，可应用于超声复合振动加工领域，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的剖视图。

图中：1、前盖板；2、矩形槽；3、支撑立柱；4、沉头孔；5、后端盖；6、铜片电极；7、压电陶瓷晶片；8、绝缘套；9、预紧螺钉。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图3，一种单激励纵弯复合振动超声换能器，包括前盖板1和后端盖5，在所述前盖板1和所述后端盖5之间夹装有间隔设置的铜片电极6与压电陶瓷晶片7，构成夹心式结构，所述前盖板1、所述后端盖5、所述铜片电极6和所述压电陶瓷晶片7采用预紧螺钉9穿装在一起。

在所述预紧螺钉9上设有所述铜片电极6和所述压电陶瓷晶片7的部位设有绝缘套8，所述铜片电极6和所述压电陶瓷晶片7套装在所述绝缘套8上，所述绝缘套8套装在所述预紧螺钉9上。

在所述后端盖5的左右两侧设有对称布置的两个支撑立柱3，所述支撑立柱3设置在该换能器的振动节点处，所述支撑立柱3采用紧固螺钉固定在工作台上，在本实施例中紧固螺钉采用的是沉头螺钉，因此需要在所述支撑立柱3上加工沉头孔4。

在所述前盖板1上设有位于所述预紧螺钉9前方的矩形斜槽2，矩形斜槽2的作用是将单一的纵向振动转换为纵弯复合振动，斜槽实现振动形式转换的机理可以从力学的角度进行解释。

在本实施例中，所述矩形斜槽2为等间距分布的多个，所述矩形斜槽2为通槽，该结构能够使换能器实现更好的纵弯复合超声椭圆振动。在所述支撑立柱3和所述后端盖5之间设有与它们一体形成的柔性铰链，所述支撑立柱3和后端盖5以及将它们连接在一起的柔性铰链采用同种材质整体加工，所述支撑立柱3和后端盖5之间的联结部分采用柔性铰链结构，柔性铰链结构法兰有助于改善因夹持而造成的换能器与其他部件的耦合效应，减少因固定造成的振动频率的改变，以及减少振动能量损失。所述前盖板1和所述后盖板5横截面均为矩形，所述前盖板1沿轴线方向的外形轮廓为指数形曲线，采用指数形轮廓线可以避免应力集中对结构造成损害。

使用时，将所述铜片电极6与超声电源相连接，并给予压电陶瓷晶片7一定的信号激励，基于压电陶瓷逆压电效应，可将高频电流信号转换为高频的纵向振动，高频的纵向振动在斜槽的作用下产生高频弯曲振动分量，从而实现单激励下的纵弯复合超声椭圆振动，满足超声椭圆振动辅助微细铣削加工的要求。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是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，并不是限制性的，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，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。