CN105268620B - 一种双向纵扭复合振动装置 - Google Patents

Abstract

一种双向纵扭复合振动装置，它涉及一种振动装置，具体涉及一种双向纵扭复合振动装置。本发明为了解决现有振动装置振动形式简单，应用受到限制的问题。本发明包括前盖、第一环形压电陶瓷、安装板、第二环形压电陶瓷、后盖、第一电极端和第二电极端，前盖的一端与后盖的一端插接，前盖与后盖的连接处由前盖的一端至后盖的一端依次套装有第一环形压电陶瓷、安装板、第二环形压电陶瓷，所述第一电极端和所述第二电极端对称设置在前盖与后盖的连接处。本发明用于超声加工领域。

Description

一种双向纵扭复合振动装置

技术领域

本发明涉及一种振动装置，具体涉及一种双向纵扭复合振动装置，属于超声加工领域。

背景技术

近几年来，超声振动加工发展非常迅速，主要是由于其在硬脆材料以及一些高强度材料的加工中体现出了传统加工没有的优势，主要包括切削力减小、切削温度降低、切削表面质量好以及刀具磨损小等，同时超声振动加工在弱刚度结构的加工时能使工件或者刀具体现出刚度强化等效应，因此使得超声振动加工的应用非常广泛。目前，椭圆超声振动车削加工技术、超声振动钻孔技术以及旋转超声加工技术已经非常成熟，在振动镗孔、冲压、模锻等机械加工以及一些特种加工中的应用也有了一定的发展。并且超声振动车削、磨削在难加工金属如钛合金、工具钢，硬脆材料以及复合材料等高强度材料的加工中的应用非常成功。在一些特殊结构的加工上，深小孔、弱刚度结构、微结构等中的应用也起到了非常关键性的作用，改善了加工性能。但是这几种应用都是以弯曲振动或者纵向振动形式为主的超声振动加工，振动形式简单，应用受到限制。基于以上所述，公安开好为CN102185519A、申请日为2011年9月14日的发明专利，公开了一种模态转换型雅典螺纹传动直线超声电机，但该文献中未公开如何实现较好的互换性，以及如何实现快速换刀。

发明内容

本发明为解决现有震动装置互换性较差，且无法实现快速换刀的问题，进而提出一种双向纵扭复合振动装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括前盖、第一环形压电陶瓷、安装板、第二环形压电陶瓷、后盖、第一电极端和第二电极端，前盖的一端与后盖的一端插接，前盖与后盖的连接处由前盖的一端至后盖的一端依次套装有第一环形压电陶瓷、安装板、第二环形压电陶瓷，所述第一电极端和所述第二电极端对称设置在前盖与后盖的连接处。

进一步的，所述第一电极端包括两个第一电极和一个第一电极连接铜片，前盖一端的端面与第一环形压电陶瓷之间设有一个第一电极，后盖一端的端面与第二环形压电陶瓷之间设有一个第一电极，两个第一电极通过第一电极连接铜片连接。

进一步的，所述第二电极端包括两个第二电极和一个第二电极连接铜片，第一环形压电陶瓷与安装板之间设有一个第二电极，第二环形压电陶瓷与安装板之间设有一个第二电极，两个第二电极通过一个第二电极连接铜片连接。

进一步的，前盖沿其一端至另一端依次设有刀具连接段、前盖纵振幅值放大段、前盖扭转振动放大段、前盖纵扭转换段，前盖内沿轴向开有前盖通孔，前盖通孔靠近前盖纵扭转换段的一端设有前盖内螺纹段，前盖纵扭转换段的外侧壁上沿周向设有前盖螺旋槽。

进一步的，后盖沿其一端至另一端依次设有后盖螺纹连接段、压电陶瓷定位段、后盖纵扭转换段、后盖扭转振动放大段、后盖纵振幅值放大段、后盖刀具安装段，后盖内沿轴线方向开有后盖通孔，后盖纵扭转换段的外侧壁上沿周向设有后盖螺旋槽，后盖螺纹段与前盖内螺纹段连接，第一环形压电陶瓷、安装板、第二环形压电陶瓷依次套装在压电陶瓷定位段上。

进一步的，安装板内侧壁与压电陶瓷定位段的侧壁之间设有绝缘环。

进一步的，安装板为圆形板体，安装板的几何中心开有通孔，安装板的两个侧面的中部均设有压电陶瓷安装槽，所述压电陶瓷安装槽为圆形，压电陶瓷安装槽上以通孔为中心对称开有两个方孔，安装板的两个侧面的边缘为环形节面，环形节面上沿圆周方向均布开有六个纵扭复合振动装置安装孔。

本发明的有益效果是：本发明的双向纵扭复合振动装置在单一轴向激励下，结构上能产生纵向振动和扭转振动两种振动形式的复合振动，供电形式简单；激振源振动形式简单，产生方式容易；并且由于扭转振动所受结构内部阻力小，能量利用更加充分，使得扭转振动幅值较大；

本发明的双向纵扭复合振动装置的前盖板和后盖板均可用作超声振动的执行装置。

本发明的双向纵扭复合振动装置可以直接安装在机床主轴上通过集流环供电后即可作为机床主轴的一部分，使用简易方便，互换性较好；

本发明的双向纵扭复合振动装置具有通用刀具安装结构，可以实现快速换刀，因而在实际应用中非常简便易行。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是前盖的立体结构示意图，图3是前盖的主剖视图，图4是后盖的立体结构示意图，图5是后盖的主剖视图，图6是安装板的主视图，图7是图6中A-A向剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种双向纵扭复合振动装置包括前盖1、第一环形压电陶瓷2、安装板3、第二环形压电陶瓷4、后盖5、第一电极端和第二电极端，前盖1的一端与后盖5的一端插接，前盖1与后盖5的连接处由前盖1的一端至后盖5的一端依次套装有第一环形压电陶瓷2、安装板3、第二环形压电陶瓷4，所述第一电极端和所述第二电极端对称设置在前盖1与后盖5的连接处。前盖1与后盖5之间使用环氧树脂胶紧固，并使得第一环形压电陶瓷2和第二环形压电陶瓷4处于压缩状态。前盖1中应用了阶梯型空心轴结构、螺旋槽结构、后盖连接螺纹、锥形孔结构，空心轴结构用于减小结构扭转振动过程中结构材料内部摩擦造成的能量损失；螺旋槽结构用于实现纵振到扭转振动的转化，并且前盖1上所有螺旋槽所对应的圆心角之和为360°使得纵扭转化效率达到最大；结构前端具有锥形孔结构，可以与锥形刀柄或者弹簧夹头合用而实现快速换刀。后盖5主体结构与前盖1基本相同，应用了阶梯型空心轴结构、螺旋槽结构、锥形孔结构，还有压电陶瓷定位结构以及与前盖1的连接螺纹；其中螺旋槽结构的螺距、长度、宽度、个数均与前盖1相同，旋向相反，所有螺旋槽所对应的圆心角之和为360°。

第一环形压电陶瓷2和第二环形压电陶瓷4均是有偶数片的压电陶瓷片组成，且组成第一环形压电陶瓷2的压电陶瓷片的数目与组成第二环形压电陶瓷4的压电陶瓷片数目相等。

所述双向纵扭复合振动装置的共振频率为20KHz以上。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种双向纵扭复合振动装置的第一电极端包括两个第一电极6和一个第一电极连接铜片7，前盖1一端的端面与第一环形压电陶瓷2之间设有一个第一电极6，后盖5一端的端面与第二环形压电陶瓷4之间设有一个第一电极6，两个第一电极6通过第一电极连接铜片7连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种双向纵扭复合振动装置的第二电极端包括两个第二电极8和一个第二电极连接铜片9，第一环形压电陶瓷2与安装板3之间设有一个第二电极8，第二环形压电陶瓷4与安装板3之间设有一个第二电极8，两个第二电极8通过一个第二电极连接铜片9连接。

第一电极连接铜片7和第二电极连接铜片9将压电陶瓷所有正极、所有负极分别连接在一起，负极与前盖1、后盖2相连并接地。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种双向纵扭复合振动装置的前盖1沿其一端至另一端依次设有刀具连接段1-7、前盖纵振幅值放大段1-2、前盖扭转振动放大段1-4、前盖纵扭转换段1-1，前盖1内沿轴向开有前盖通孔1-6，前盖通孔1-6靠近前盖纵扭转换段1-1的一端设有前盖内螺纹段1-5，前盖纵扭转换段1-1的外侧壁上沿周向设有前盖螺旋槽1-3。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式所述一种双向纵扭复合振动装置的后盖5沿其一端至另一端依次设有后盖螺纹连接段5-6、压电陶瓷定位段5-3、后盖纵扭转换段5-2、后盖扭转振动放大段5-4、后盖纵振幅值放大段5-1、后盖刀具安装段5-8，后盖5内沿轴线方向开有后盖通孔5-7，后盖纵扭转换段5-2的外侧壁上沿周向设有后盖螺旋槽5-5，后盖螺纹段5-6与前盖内螺纹段1-5连接，第一环形压电陶瓷2、安装板3、第二环形压电陶瓷4依次套装在压电陶瓷定位段5-3上。其它组成及连接关系与具体实施方式一或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种双向纵扭复合振动装置的安装板3内侧壁与压电陶瓷定位段5-3的侧壁之间设有绝缘环10。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述一种双向纵扭复合振动装置的安装板3为圆形板体，安装板3的几何中心开有通孔3-1，安装板3的两个侧面的中部均设有压电陶瓷安装槽3-2，所述压电陶瓷安装槽3-2为圆形，压电陶瓷安装槽3-2上以通孔3-1为中心对称开有两个方孔3-3，安装板3的两个侧面的边缘为环形节面3-4，环形节面3-4上沿圆周方向均布开有六个纵扭复合振动装置安装孔3-5。方孔3-3用于穿过第一电极连接铜片7和第二电极连接铜片9。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双向纵扭复合振动装置，它包括前盖(1)、第一环形压电陶瓷(2)、安装板(3)、第二环形压电陶瓷(4)、后盖(5)、第一电极端和第二电极端，前盖(1)的一端与后盖(5)的一端插接，前盖(1)与后盖(5)的连接处由前盖(1)的一端至后盖(5)的一端依次套装有第一环形压电陶瓷(2)、安装板(3)、第二环形压电陶瓷(4)，所述第一电极端和所述第二电极端对称设置在前盖(1)与后盖(5)的连接处；其特征在于：所述双向纵扭复合振动装置的共振频率为20KHz以上；安装板(3)内侧壁与压电陶瓷定位段(5-3)的侧壁之间设有绝缘环(10)；安装板(3)为圆形板体，安装板(3)的几何中心开有通孔(3-1)，安装板(3)的两个侧面的中部均设有压电陶瓷安装槽(3-2)，所述压电陶瓷安装槽(3-2)为圆形，压电陶瓷安装槽(3-2)上以通孔(3-1)为中心对称开有两个方孔(3-3)，安装板(3)的两个侧面的边缘为环形节面(3-4)，环形节面(3-4)上沿圆周方向均布开有六个纵扭复合振动装置安装孔(3-5)；前盖(1)中应用了阶梯型空心轴结构、螺旋槽结构、后盖连接螺纹、锥形孔结构；前盖(1)上所有螺旋槽所对应的圆心角之和为360°；结构前端具有锥形孔结构；后盖(5)主体结构与前盖(1)基本相同，应用了阶梯型空心轴结构、螺旋槽结构、锥形孔结构，还有压电陶瓷定位结构以及与前盖(1)的连接螺纹；其中螺旋槽结构的螺距、长度、宽度、个数均与前盖(1)相同，旋向相反，所有螺旋槽所对应的圆心角之和为360°；第一环形压电陶瓷(2)和第二环形压电陶瓷(4)均是有偶数片的压电陶瓷片组成，且组成第一环形压电陶瓷(2)的压电陶瓷片的数目与组成第二环形压电陶瓷(4)的压电陶瓷片数目相等；前盖(1)沿其一端至另一端依次设有刀具连接段(1-7)、前盖纵振幅值放大段(1-2)、前盖扭转振动放大段(1-4)、前盖纵扭转换段(1-1)，前盖(1)内沿轴向开有前盖通孔(1-6)，前盖通孔(1-6)靠近前盖纵扭转换段(1-1)的一端设有前盖内螺纹段(1-5)，前盖纵扭转换段(1-1)的外侧壁上沿周向设有前盖螺旋槽(1-3)；后盖(5)沿其一端至另一端依次设有后盖螺纹连接段(5-6)、压电陶瓷定位段(5-3)、后盖纵扭转换段(5-2)、后盖扭转振动放大段(5-4)、后盖纵振幅值放大段(5-1)、后盖刀具安装段(5-8)，后盖(5)内沿轴线方向开有后盖通孔(5-7)，后盖纵扭转换段(5-2)的外侧壁上沿周向设有后盖螺旋槽(5-5)，后盖螺纹段(5-6)与前盖内螺纹段(1-5)连接，第一环形压电陶瓷(2)、安装板(3)、第二环形压电陶瓷(4)依次套装在压电陶瓷定位段(5-3)上。

2.根据权利要求1所述一种双向纵扭复合振动装置，其特征在于：所述第一电极端包括两个第一电极(6)和一个第一电极连接铜片(7)，前盖(1)一端的端面与第一环形压电陶瓷(2)之间设有一个第一电极(6)，后盖(5)一端的端面与第二环形压电陶瓷(4)之间设有一个第一电极(6)，两个第一电极(6)通过第一电极连接铜片(7)连接。

3.根据权利要求1所述一种双向纵扭复合振动装置，其特征在于：所述第二电极端包括两个第二电极(8)和一个第二电极连接铜片(9)，第一环形压电陶瓷(2)与安装板(3)之间设有一个第二电极(8)，第二环形压电陶瓷(4)与安装板(3)之间设有一个第二电极(8)，两个第二电极(8)通过一个第二电极连接铜片(9)连接。