低损耗超声加工换能器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低损耗超声加工换能器，包括在同一轴线上依次连接的后盖板、PZT晶片、前盖板和变幅杆，其中变幅杆的尾端上设有安装联接部，该安装联接部的前、后端面上相应设有下凹槽和上凹槽，即整体呈Z字形结构；本实用新型的结构设计巧妙、合理，安装联接部的横截面轮廓呈Z字形，能较好地与机器外部相结合，且结合效果好，有效地避免了超声能量向外扩散，确保了超声能量有效传递到被加工材料，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证机床主轴的旋转性能，进而保证加工效果，可以对蓝宝石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工，另外，工作稳定性好，使用寿命长，易于广泛推广使用。
【专利说明】低损耗超声加工换能器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及换能器【技术领域】，特别涉及一种低损耗超声加工换能器。
【背景技术】
[0002] 当前一些特殊材料应用越来越广泛，比如玻璃、蓝宝石、碳化娃、复合材料等。这 些材料由于机械特性很硬脆，导致采用传统的加工工艺无法满足这些材料的加工精度的要 求。当前行业采用了超声能量辅助的方式，结合现有机床的高速旋转，用于这类硬脆材料的 可加工性、加工精度、以及提高加工刀具的寿命。在超声辅助加工中，超声能是加工工艺最 为关键的参数，其起到激发材料原子能，降低切削力等作用。换能器（Transducer)是超声 加工中提供超声能量的核心执行机构，其工作原理为利用压电逆效应将频率电信号转换为 高频超声振动，并将超声能传输到加工材料。换能器作为超声能量传递的载体，其工作性能 直接影响加工材料的表面精度、加工效率、刀具寿命。为保证材料的加工精度与效率，需要 精确控制换能器的超声能量传递与振动模式。
[0003] 此外，在机床主轴上增加超声波模块，如果换能器的振动特性不得到有效的控制， 将会影响到机床的主轴，尤其会影响到主轴的轴承，将对主轴的旋转特性与寿命产生负面 作用。 实用新型内容
[0004] 针对上述不足，本实用新型的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，能确保了 超声振动能量有效地向磨头工具传递，有效提升加工效果且使用寿命长的低损耗超声加工 换能器。
[0005] 本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案为：一种低损耗超声加工换能器， 其包括后盖板、PZT晶片、前盖板和变幅杆，所述变幅杆的前端呈逐渐缩小状，且端面设有用 来安装磨头工具的装配孔，该变幅杆的尾端外侧面径向凸起形成一安装联接部，该安装联 接部朝向所述装配孔的一端面下部设有下凹槽，另一端面上部设有上凹槽，即整体呈Z字 形结构，所述后盖板、PZT晶片和前盖板依次叠置，并通过连接部件设置在所述变幅杆的尾 端。
[0006] 作为本实用新型的进一步改进，所述后盖板、PZT晶片、前盖板和变幅杆均同心于 基准轴心。减少非轴向振动的影响，以确保作单一的轴向运动，不仅大大提高超声能量传递 效率，保证加工质量，且能提升主轴的旋转特性和延长其使用寿命。
[0007] 作为本实用新型的进一步改进，所述后盖板的长度为2?6mm。所述PZT晶片的长 度为1?5mm。所述变幅杆的长度为20?50mm，所述前盖板长度为10?12mm。结构设计 合理，配合效果好。
[0008] 作为本实用新型的进一步改进，所述后盖板、PZT晶片、前盖板和变幅杆的外表面 为粗糖面，能有效减少超声能量的损耗与寄生|吴态的生成。
[0009] 本实用新型的有益效果为：本实用新型的结构设计巧妙、合理，安装联接部的横截 面轮廓呈Z字形，能较好地与机器外部相结合，且结合效果好，有效地避免了超声能量向外 扩散，确保了超声能量有效传递到被加工材料，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提 升超声能量传递效率，而且又能保证机床主轴的旋转性能，进而保证加工效果，另外，本实 用新型的整体结构简单、紧凑，工作稳定性好，使用寿命长，易于广泛推广使用，可以对蓝宝 石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工。
[0010] 下面结合附图与实施例，对本实用新型进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本实用新型的立体结构示意图一。
[0012] 图2是本实用新型的立体结构示意图二。
[0013] 图3是本实用新型中变幅杆的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 实施例：见图1、图2和图3,本实用新型提供的一种低损耗超声加工换能器，其包 括后盖板1、PZT晶片2、前盖板3和变幅杆4,所述变幅杆4的前端呈逐渐缩小状，且端面设 有用来安装磨头工具5的装配孔，该变幅杆4的尾端外侧面径向凸起形成一安装联接部41， 参见图3,该安装联接部41朝向所述装配孔的一端面下部设有下凹槽42,另一端面上部设 有上凹槽43,即整体呈Ζ字形结构，所述后盖板1、ΡΖΤ晶片2和前盖板3依次叠置，并通过 连接部件6设置在所述变幅杆4的尾端。具体的，所述连接部件6为螺钉，该螺钉包括头部 61和与该头部61相连接的杆部62,该杆部62依次贯穿所述后盖板1、ΡΖΤ晶片2和前盖， 并旋入所述变幅杆4的尾端面。其中前盖与所述变幅杆4的尾端面相贴合。
[0015] 磨头工具5插置在变幅杆4的装配孔上，并通过压帽7与变幅杆4相固定连接。 将ΡΖΤ晶片2与驱动装置连接；当所述驱动装置发射频率电信号产生超声振动时，在本 实施例中，当所述驱动装置发射频率电信号产生超声振动频率时，该超声振动频率优选为 20-60ΚΗΖ，驱动装置发射频率电信号产生超声振动，带动所述变幅杆4工作，从而带动所述 磨头工具5工作，从而将超声能量作用在被加工材料上，实现加工的目的。
[0016] 关于压电材料和变幅杆4材料的选择，为了减少非轴向振动的影响，提高高效的 超声能量传递效率，压电材料选择具有高数量级的厚度机电耦合系数Μ氏数量级的介电 常数Κ 33τ，低数量级的径向机电耦合系数K31的ΡΖΤ晶片2。对于变幅杆4,则选择具有低能 量耗散的不锈钢或钛合金材料。
[0017] 所述PZT晶片2、所述前盖板3和所述后盖板1的尺寸设计遵循下述公式：
【权利要求】
1. 一种低损耗超声加工换能器，其特征在于：其包括前盖板、后盖板、PZT晶片和变幅 杆，所述变幅杆的前端呈逐渐缩小状，且端面设有用来安装磨头工具的装配孔，该变幅杆的 尾端外侧面径向凸起形成一安装联接部，该安装联接部朝向所述装配孔的一端面下部设有 下凹槽，另一端面上部设有上凹槽，所述后盖板、ΡΖΤ晶片和前盖板依次叠置，并通过连接部 件设置在所述变幅杆的尾端。
2. 根据权利要求1所述的低损耗超声加工换能器，其特征在于，所述后盖板、ΡΖΤ晶片、 前盖板和变幅杆均同心于基准轴心。
3. 根据权利要求1或2所述的低损耗超声加工换能器，其特征在于，所述后盖板的长度 为2?6mm〇
4. 根据权利要求1或2所述的低损耗超声加工换能器，其特征在于，所述ΡΖΤ晶片的长 度为1?5mm。
5. 根据权利要求1或2所述的低损耗超声加工换能器，其特征在于，所述变幅杆的长度 为 20 ?50mm。
6. 根据权利要求1或2所述的低损耗超声加工换能器，其特征在于，所述前盖板长度为 10 ?12mm。
7. 根据权利要求1所述的低损耗超声加工换能器，其特征在于，所述后盖板、ΡΖΤ晶片、 前盖板和变幅杆的外表面为粗糙面。
8. 根据权利要求1所述的低损耗超声加工换能器，其特征在于，所述连接部件为螺钉， 该螺钉包括头部和与该头部相连接的杆部，该杆部依次贯穿所述后盖板、ΡΖΤ晶片和前盖， 并旋入所述变幅杆的尾端面。
【文档编号】B06B1/06GK203874980SQ201420257514
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】张增英 申请人:张增英