振动换能器外轮廓为圆柱形，其包括螺栓I及依次套设在螺栓I上的后盖板2、压电陶瓷片3、电极片4和前盖板5，前盖板5上设置有与壳体单元联接用的法兰盘6，后盖板2和前盖板5通过螺栓I将后盖板2、压电陶瓷片3、电极片4和前盖板5联接压紧，构成了超声振动换能器的能量转换部分，将超声电源16输出的超声电信号转换为超声振动换能器的纵向超声振动。超声振动换能器只有一组纵向振动压电陶瓷片3，压电陶瓷换能器段直径30mm，压电陶瓷片3为PZT-8，尺寸为:压电陶瓷片3的片数为2。
[0022]滚动直线轴承12支撑在壳体单元和外套13之间；弹簧预压力装置14设置在外套13内壳体单元的后端，挤压头8和工件17之间的预压力为250Ν。
[0023]椭圆振动模态转换器7和前盖板5制作成一个整体零件设置在前盖板5的前端，在椭圆振动模态转换器7与超声换能器前盖板5的联接处设有过渡圆弧。，过渡圆弧半径为5mm，椭圆振动模态转换器7整体为圆柱形，上下两侧开设有三个错位分布的矩形缺口 18，三个矩形缺口 18宽度为6mm，深度为3mm，三个矩形缺口 18的中心距前端面的距离分别为15mm，25mm，35_。椭圆振动模态转换器上下两侧矩形缺口 18的中心轴线均与待加工平面垂直。挤压头8通过联接螺钉联接设置在椭圆振动模态转换器7的前端。
[0024]超声振动换能器置于壳体单元内，超声振动换能器的法兰盘6设置于内套筒10的上凹止口内，前挡板9通过螺钉和内套筒10联接在一起，压紧在法兰盘6的另一侧，对整个超声振动换能器起固定作用，后挡板11通过螺钉联接在内套筒10的右侧。
[0025]超声振动换能器和椭圆振动模态转换器7联接后的固有频率为19.84KHz，阻抗为83欧姆，动态电阻为19欧姆，超声电源16输出电压范围为0-400V，电流范围为0-4A，输出频率为19.84 ± 0.0IKHz，且超声电源16在指定频率范围内具有自动频率跟踪功能。
[0026]运行时，结合图5所示，超声振动换能器的电极片4与超声电源16相连，当超声振动换能器的电极片4接入超声电源16输出的电信号后，由于压电陶瓷片3的逆压电效应，压电陶瓷片3将会产生纵向超声振动，即超声振动换能器将超声电源16输出的电能转换为纵向超声振动，并驱动整个超声振动换能器系统进行纵向超声振动，超声振动能量从超声振动换能器传递到椭圆振动模态转换器7末端后，转换为具有一定相位差的纵向振动和弯曲振动复合的纵弯复合超声椭圆振动，即转换为椭圆振动模态转换器7末端的纵弯复合超声椭圆振动；并驱动挤压头8和椭圆振动模态转换器7末端一起做超声椭圆振动。
[0027]当加载电压运行10分钟后，单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置达到稳定振动状态，此时超声电源16的稳定输出电压为220V，电流为1.35A，使用激光多普勒测振仪测得超声椭圆振动长短半轴振幅分别为14.3微米和5.2微米，并通过具有李沙育图形运算功能的双踪示波器对激光多普勒测振仪测得的信号进行图形运算，可以得到长短轴比为2.73的超声椭圆振动轨迹，完全满足超声椭圆振动挤压加工的要求。
[0028]本实用新型适用于普通车床、普通铣床、普通镗床、及其相应数控机床、加工中心等设备，首先通过支撑板15将该单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置安装在机床刀架上，进行正常对刀，调整其到合适安装位置。然后打开超声电源16，根据挤压工艺的需要，调整工作频率，使挤压头8处在最佳的超声椭圆振动状态，根据工艺要求，设定挤压参数，如挤压速度、挤压压力、进给量，即可开始进行超声椭圆振动挤压加工。另外，超声电源16具有自动频率跟踪功能，在实际挤压工作过程中，如果由于挤压阻力变化等原因，超声椭圆振动挤压系统的固有频率发生了变化，超声电源16的输出频率会随之变化并保持和挤压装置的固有频率一致，以便保证单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置始终处于最佳工作状态。
【主权项】
1.一种单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:该椭圆振动挤压装置包括支撑板、外套、直线轴承、预压力装置、壳体单元、置于壳体单元内的超声振动换能器、椭圆振动模态转换器和设置在椭圆振动模态转换器前端的挤压头；所述的壳体单元包括前挡板、内套筒和后挡板，所述的支撑板设置在外套上，用于和机床刀架联接；所述的直线轴承支撑在壳体单元和外套之间；所述的预压力装置设置在外套内壳体单元的后端，用于提供挤压头和工件之间的预压力；所述的超声振动换能器外轮廓为圆柱形，其包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板上设置有与壳体单元联接用的法兰盘，后盖板和前盖板通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板联接压紧；所述的椭圆振动模态转换器设置在前盖板的前端，所述的椭圆振动模态转换器整体为圆柱形，上下两侧开设有三个错位分布的矩形缺口，在椭圆振动模态转换器与超声换能器前盖板的联接处设有过渡圆弧。
2.根据权利要求1所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:所述的椭圆振动模态转换器和前盖板制作成一个整体设置在前盖板的前端。
3.根据权利要求1所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:所述的椭圆振动模态转换器焊接设置在前盖板前端。
4.根据权利要求1或2或3所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:所述的挤压头通过焊接设置在椭圆振动模态转换器的前端。
5.根据权利要求1或2或3所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:还包括一个联接螺钉，用于将挤压头联接在椭圆振动模态转换器的前端。
6.根据权利要求1或2或3所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:支撑板通过焊接设置在外套上。
7.根据权利要求1或2或3所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:支撑板通过螺钉联接设置在外套上。
8.根据权利要求1或2或3所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:所述的直线轴承为滑动直线轴承。
9.根据权利要求1或2或3所述的单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，其特征在于:所述的直线轴承为滚动直线轴承。
【专利摘要】本实用新型公开了一种单电信号激励超声椭圆振动挤压加工装置，包括支撑板、外套、直线轴承、预压力装置、壳体单元、置于壳体单元内的超声振动换能器、椭圆振动模态转换器和设置在椭圆振动模态转换器前端的挤压头。所述的椭圆振动模态转换器设置在前盖板的前端，所述的椭圆振动模态转换器整体为圆柱形，上下两侧开设有三个错位分布的矩形缺口，该椭圆振动模态转换器可以将超声振动换能器产生的纵向超声振动转换为椭圆振动模态转换器末端和挤压头的纵弯复合超声椭圆振动。
【IPC分类】B23P9-04, B06B1-06
【公开号】CN204321507
【申请号】CN201420763604
【发明人】殷振, 朱其新, 汪帮富, 曹自洋, 李艳, 刘义生, 陈玉荣, 吴程红, 黄强, 徐帖
【申请人】苏州科技学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月9日