[實用新型]一種單激勵超聲橢圓振動車削裝置

有效

• 申請號: 201320241797.5
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN203221210U
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 殷振;李華;曹自洋;李艷;汪幫富;謝鷗;任坤;陳玉榮;張峰;呂自強
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: B23B25/00
• 分類號: B23B25/00;B23B21/00;B06B1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應的超聲振動領域，尤其是涉及一種單激勵超聲橢圓振動車削裝置。

背景技術

超聲橢圓振動在超聲振動切削、超聲焊接、超聲研磨、超聲拋光、直線超聲電機和旋轉超聲電機等領域具有較廣泛的應用。目前研究人員大多采用縱向振動、扭轉振動、彎曲振動和徑向振動中的兩種振動形式進行復合來產生超聲橢圓振動，需要采用兩組或兩組以上的壓電陶瓷片來激發產生具有一定相位差的兩個或多個振動模態，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅動電源信號，且需要控制各路超聲驅動電源信號之間的相位差，超聲振動系統和控制系統結構復雜，制造難度大、控制難度高、生產成本高、不易實現微型化、工作性能不夠穩定，這些問題制約了超聲橢圓振動換能器在工業生產中的應用與推廣。

為了克服上述超聲橢圓振動換能器技術中的不足，《北京航空航天大學學報》2005年2月第31卷第2期上論文“基于有限元分析的橢圓振動切削換能器”，提出了一種單一電信號激勵的結構不對稱的超聲橢圓振動切削換能器，并對該換能器進行了有限元動力學分析和實驗研究，取得了較好的實驗效果，但是要進一步提高縱向振動到彎曲振動的轉換，提高橢圓振動軌跡短軸與長軸的比值，提高切削效果，僅依靠在變幅桿前端一側添加質量塊和刀具的方式是不夠理想的，并且從變幅桿到附加質量塊以及從附加質量塊到刀具需要兩次物理聯接，導致從壓電換能器到刀具的超聲振動能量損失較大，影響了超聲橢圓振動切削效果。

發明內容

本實用新型提供了一種新型的單激勵超聲橢圓振動車削裝置，目的是為了克服現有單激勵超聲橢圓振動切削裝置中存在的不足、降低超聲橢圓振動車削裝置的生產成本和提高超聲橢圓振動車削裝置的工作穩定性。

一種單激勵超聲橢圓振動車削裝置，包括殼體單元、置于殼體單元內的超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器和設置在橢圓振動模態轉換器前端的刀具。所述的殼體單元包括上蓋板、支撐板、外套筒和下蓋板，支撐板設置在外套筒外圓上，用于和車床刀架聯接；所述的超聲振動換能器包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板和螺栓通過螺紋聯接將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板壓緊固定，構成了單激勵超聲橢圓振動換能器的能量轉換部分，將超聲電源輸出的超聲電信號轉換為超聲換能器的縱向超聲振動。

所述的橢圓振動模態轉換器與前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者利用一個附加的聯接螺柱將橢圓振動模態轉換器聯接設置在前蓋板的前端。橢圓振動模態轉換器整體為圓柱形，左右兩側開設有三個錯位分布的矩形缺口，設置矩形缺口的目的是為了改變單激勵超聲橢圓振動換能器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等；刀具通過焊接、聯接螺釘或壓板機構聯接設置在橢圓振動模態轉換器的前端；當超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態轉換器末端后，轉換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，即轉換為橢圓振動模態轉換器末端的縱彎復合超聲橢圓振動；并驅動刀具和橢圓振動模態轉換器末端一起做超聲橢圓振動。

超聲振動換能器置于殼體單元內，超聲振動換能器的法蘭設置于外套筒的上凹止口內，上蓋板設置在法蘭的另一側，對整個單激勵超聲橢圓振動換能器起固定作用，下蓋板設置在外套筒的下側，防止灰塵等雜物進入到殼體單元內，影響單激勵超聲橢圓振動換能器工作性能；相比現有文獻介紹的單激勵超聲橢圓振動換能器，該單激勵超聲橢圓振動換能器具有功率容量大、能量轉換效率高、結構簡單，制造容易、成本低、結構剛度大、控制驅動系統簡單和振動切削性能穩定穩定等優點。

更進一步，所述的單激勵超聲橢圓振動換能器只有一組縱向振動壓電陶瓷片。

更進一步，所述的單激勵超聲橢圓振動換能器只需要一路超聲電信號激勵，

更進一步，所述的單激勵超聲橢圓振動換能器的工作頻率范圍為18kHz-40kHz。

本實用新型采用了機械振動模態轉換機理把超聲換能器的縱向振動轉換為橢圓振動模態轉換器的縱彎復合超聲橢圓振動，簡化了單激勵超聲橢圓振動換能器的整體結構，大大降低了振動系統的復雜程度，降低了制造、裝配難度和生產成本，整個單激勵超聲橢圓振動換能器結構簡單、制造容易，有利于微型化目標的實現；另外該實用新型僅需要一路控制電路及超聲電源進行激勵，控制難度低，避免了兩相或多相超聲振動復合形成橢圓振動換能器的復雜超聲電源開發費用，簡化了控制電路及超聲電源結構，降低了控制電路及超聲電源成本，減小了控制電路及超聲電源體積，易于實現控制電路及超聲電源的微型化，集成化，提高了系統工作可靠性，工作性能穩定，應用前景廣闊。

附圖說明