本发明涉及超声振动辅助加工技术，特别是一种新型多工作模式双支路串联复合结构高频超声换能器及激振方法。
背景技术：
1、微纳尺度结构器件在航空航天装备、生物医学工程、新能源系统及半导体制造等领域具有广泛应用价值。超声振动辅助加工技术在加工具有复杂形貌的微/纳米元器件方面，拥有着巨大的发展潜力和广阔的应用前景。超声振动辅助加工技术较传统加工技术有较大优势，主要包括：抑制刀具快速磨损、减小切削力、改善加工表面质量等。作为压电式超声振动辅助加工系统的关键执行机构，压电超声换能器凭借其紧凑型拓扑结构、优异的经济性指标，以及基于逆压电效应的能量转换机制，在精密微纳加工领域实现了规模化工程应用。
2、在超声振动辅助加工技术领域，不同振型对应着特定的应用场景：直线和椭圆振动主要应用于切削工艺，而矩形振动则适用于研磨工艺。然而，传统换能器在设计上存在显著局限性，其结构仅能实现单一振型，且一旦成型后无法改变振型，这严重制约了换能器的应用范围。针对这一技术瓶颈，本发明创新性地提出了一种多工作模式双支路串联复合结构高频超声换能器及其激振方法。该超声换能器可以根据激励信号的改变，在直线、椭圆、矩形和四边形等多种振动轨迹间的灵活切换，且在直线、椭圆两种振动模式下可以实现不同能量的振动输出，显著拓展了换能器在超声振动辅助加工技术中的应用场景。
技术实现思路
1、本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种新型多工作模式双支路串联复合结构高频超声换能器及激振方法，该换能器采用两组压电陶瓷晶堆驱动的sandwich夹心式纵振结构，两组不同结构的机械变幅杆通过螺栓与压电陶瓷晶堆连接，两组机械变幅杆均具备60khz、120khz谐振频率，机械变幅杆可以在60khz谐振频率下输出纵弯复合振动，在120khz谐振频率下输出纵向振动，这样的设计使得该换能器能够在多种频率组合情况下激振，实现不同的振动轨迹输出的目的。
2、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：一种新型多工作模式双支路串联复合结构高频超声换能器及激振方法，其包括斜槽变幅杆、传振杆、双锥变幅杆、压电陶瓷晶堆a、压电陶瓷晶堆b、夹持法兰，以及超声换能器的激振方法，其特征在于：斜槽变幅杆和激振方法；所述斜槽变幅杆上设有矩形斜槽，所述矩形斜槽的位置是所述斜槽变幅杆的60khz激振频率波节和120khz激振频率波腹的交替处。
3、所述斜槽变幅杆、传振杆、双锥变幅杆的材质选为航空铝7075，双头螺栓材质选为45号钢。
4、超声换能器具有十种激振方法。
5、第一种激振方法：压电陶瓷a组按照60khz频率单独激振，单独给压电陶瓷a组通入超声激振信号，使得压电陶瓷a组产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动经过斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大以及转换，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出纵弯复合振动；
6、第二种激振方法：压电陶瓷b组按照60khz频率单独激振，单独给压电陶瓷b组通入超声激振信号，使得压电陶瓷b组产生纵向振动，压电陶瓷b组产生的振动经过斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大以及转换，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出纵弯复合振动；
7、第三种激振方法：压电陶瓷a组按照120khz频率单独激振，单独给压电陶瓷a组通入超声激振信号，使得压电陶瓷a组产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动经过斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出纵向振动；
8、第四种激振方法：压电陶瓷b组按照120khz频率单独激振，单独给压电陶瓷b组通入超声激振信号，使得压电陶瓷b组产生纵向振动，压电陶瓷b组产生的振动经过斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出纵向振动；
9、第五种激振方法：压电陶瓷a组和压电陶瓷b组同时按照60khz频率激振，给压电陶瓷a组和压电陶瓷b组通入不同相位的超声激振信号，使得两压电陶瓷组同时产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动和压电陶瓷b组产生的振动通过传振杆进行传递产生并叠加，叠加的振动经斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大以及转换，并传递到超声换能器的两端，超声换能器两端输出较大振幅的纵弯复合振动。
10、第六种激振方法：压电陶瓷a组和压电陶瓷b组同时按照120khz频率激振，给压电陶瓷a组和压电陶瓷b组通入不同相位的超声激振信号，使得两压电陶瓷组同时产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动和压电陶瓷b组产生的振动通过传振杆进行传递并产生叠加，叠加的振动经过斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大，并传递至压电超声换能器的两端，超声换能器两端输出较大振幅的纵向振动。
11、第七种激振方法：压电陶瓷a组按照60khz频率激振，压电陶瓷a组按照120khz频率激振，同时给压电陶瓷a组和压电陶瓷b组通入不同电压值的超声激振信号，使得两压电陶瓷组同时产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动和压电陶瓷b组产生的振动通过传振杆进行传递并产生叠加，叠加的振动经过斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大以及转换，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出四边形轨迹。
12、第八种激振方法：压电陶瓷a组按照60khz频率激振，压电陶瓷a组按照120khz频率激振，同时给压电陶瓷a组和压电陶瓷b组通入相同电压值的超声激振信号，使得两压电陶瓷组同时产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动和压电陶瓷b组产生的振动通过传振杆进行传递并产生叠加，叠加的振动经过斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大以及转换，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出矩形轨迹。
13、第九种激振方法：压电陶瓷a组按照120khz频率激振，压电陶瓷a组按照60khz频率激振，同时给压电陶瓷a组和压电陶瓷b组通入不同电压值的超声激振信号，使得两压电陶瓷组同时产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动和压电陶瓷b组产生的振动通过传振杆进行传递并产生叠加，叠加的振动经斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大以及转换，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出矩形轨迹。
14、第十种激振方法：压电陶瓷a组按照120khz频率激振，压电陶瓷a组按照60khz频率激振，同时给压电陶瓷a组和压电陶瓷b组通入相同电压值的超声激振信号，使得两压电陶瓷组同时产生纵向振动，压电陶瓷a组产生的振动和压电陶瓷b组产生的振动通过传振杆进行传递并产生叠加，叠加的振动经斜槽变幅杆和双锥变幅杆进行放大以及转换，并传递至超声换能器的两端，超声换能器两端输出四边形轨迹。
15、超声换能器在10种激振方法下，两端可以输出直线、椭圆、矩形、四边形多种振动轨迹。
16、本发明具有的优点和积极效果是：本发明的超声换能器采用双频率双头设计，两端均可以实现振动能量输出，提高了工作效率。超声换能器包含了两组压电陶瓷、两个不同结构的变幅杆，两组压电陶瓷可以实现功率叠加，串联式的构型有助于散热，有效延长了超声换能器的使用寿命。换能器具有10种不同组合的激振方法，这10种激振方法使得换能器能够通过控制超声激振信号，在两端输出多种振动模式，且多种振动模式可以灵活切换。不仅拓展了换能器的应用场景，且不同的振动轨迹为复合加工工艺提供了新的思路。