CN107350139B - 法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法及系统 - Google Patents

法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅系统，其针对传统的超声振动系统，在原有的压电陶瓷堆生产条件下，以及在保证换能器原有功率不变的情况下，减小整体尺寸，将超声换能器和变幅杆进行整体式设计，将变幅杆结构替代换能器的前盖板，使换能器实现能量转换的同时，还具备聚能变幅的作用；在换能器压电陶瓷堆的极限位置或与压电陶瓷堆结合的变幅杆的大端上设计法兰盘结构，并在法兰盘上设置具有振动拒止的孔和/或槽。本发明换能器明显缩短了传统超声振动系统的尺寸，并通过法兰盘的振动拒止功能来保证法兰盘与刀柄等连接处的振动为零，以实现超声振动装置设计的振动传递主动控制并避免振动对机床精度的损坏。

Description

法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法及系统
技术领域
本发明涉及一种超声振动加工机械领域，特别是涉及一种法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法及系统。
背景技术
超声振动加工是在普通切削、磨削、钻削等加工方法的基础上对的刀具或工件施以高频振动而形成的加工技术。与普通切削、磨削、钻削加工方法相比，超声振动加工可降低加工过程中的切削力和切削热，减少刀具磨损量，提高加工表面质量，被广泛应用于硬脆性材料、振动材料等难加工材料。
传统的超声振动加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆等组成，该系统与工具装配时，往往采用在变幅杆中段某位置(节点)增加法兰使之链接，换能器上一般不进行法兰盘设计。但在某些加工场合，由于空间位置受限等因素，需要将换能器和变幅杆系统尺寸缩短，即将换能器与变幅杆均按1/4波长进行整体式设计，形成一体式的超声换能变幅系统，此时需要在超声换能器(或变幅杆)的某些极限位置处进行法兰盘设计。由于该一体式换能变幅系统的结构相对单一变幅杆要复杂得多，因此尽管在设计时法兰盘是在节点的位置，但在实际应用中节点会产生偏移，导致法兰盘产生相应的超声振动，严重时使会超声系统的作用完全失效甚至对机床精度造成破坏。为避免法兰盘处振动对加工系统带来的不利影响，本发明设计了一种法兰盘具有振动拒止功能的超声换能与变幅系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、减小占用空间、振动拒止效果好且具备聚能变幅功能的法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法及系统。
本发明的技术方案是：
一种法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法及系统，其技术方案是是：针对传统的超声振动系统，在原有的压电陶瓷堆生产条件下，以及在保证换能器原有功率不变的情况下，减小整体尺寸，将超声换能器和变幅杆进行整体式设计，将变幅杆结构替代换能器的前盖板，使换能器实现能量转换的同时，还具备聚能变幅的作用；在换能器压电陶瓷堆的极限位置或与压电陶瓷堆结合的变幅杆的大端上设计法兰盘结构，并在法兰盘上设置具有振动拒止的孔和/或槽。
一体式超声换能变幅系统总长设计为1/2波长结构，以法兰盘为节点，分别向两端进行1/4波长设计；经常将节点位置即法兰盘设计在压电陶瓷堆两端的极限位置处。
将法兰盘进行圆周均匀分布通孔或/和孔过盘中心线的不通孔设计，达到将振动传递拒止的作用。
法兰盘直径大于100mm时，在法兰盘的两端面交替设计过中心线的振动传递拒止槽，槽数和槽的尺寸参数依据法兰大小确定，直至在法兰盘的链接处的振动消失为准。
法兰盘直径小于100mm时，在法兰盘的一个端面上切槽，另一个端面上打均分的不通孔或通孔，来实现振动在法兰径向传递的拒止。
本发明的有益效果是：
1、本发明换能器明显缩短了传统超声振动系统的尺寸，并通过法兰盘的振动拒止功能来保证法兰盘与刀柄等连接处的振动为零，以实现超声振动装置设计的振动传递主动控制并避免振动对机床精度的损坏。
2、本发明在法兰盘圆周均匀设置多排通孔或过圆盘厚度中心线的不通孔，不通孔的孔深以越过圆盘厚度中心线1mm以上为宜，以达到振动拒止的作用。
3、本发明根据法兰盘直径大小在法兰盘两面交替上设置一条或者多条过圆盘中心线的振动拒止环槽，槽深以过中心线1mm以上为宜，以达到振动拒止的作用。
4、本发明将通孔、不通孔和隔震环槽同时设计在同一个法兰盘上或环槽和孔交替使用，以达到振动在圆盘上径向传递的拒止效果。
5、本发明每两排孔的角度根据实际圆盘大小确定，但第二排孔的位置α是介于第一排两孔的中间，α的取值范围可以在0～θ℃，但在θ/2℃即中间效果最优。
6、本发明针对分体式换能器和变幅杆组成的超声振动装置的尺寸较大的特点，为缩小超声系统整体尺寸，进行了换能器和变幅杆的整体式设计，即一体式超声换能与变幅系统，易于推广实施，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅系统的结构示意图；
图2为图1中法兰盘设置在极限位置的结构示意图；
图3为通孔型法兰盘的结构示意图；
图4为图3所示通孔型法兰盘的剖视图；
图5为图3中A--A剖视图；
图6为不通孔型法兰盘的结构示意图；
图7为图6所示不通孔型法兰盘的剖视图；
图8为图6中B--B剖视图；
图9为复合型孔法兰盘的结构示意图；
图10为图9所示复合型孔法兰盘的剖视图；
图11为图9中C--C剖视图；
图12为圆环槽型法兰盘的结构示意图；
图13为图12所示圆环槽型法兰盘的剖视图；
图14为孔槽复合型法兰盘的结构示意图之一；
图15为图14所示孔槽复合型法兰盘的剖视图；
图16为孔槽复合型法兰盘的结构示意图之二；
图17为图16所示孔槽复合型法兰盘的剖视图；
图18为孔槽复合型法兰盘的结构示意图之三；
图19为图18所示孔槽复合型法兰盘的剖视图。
具体实施方式
实施例：参见图1-图7，图中，1-螺母，2-连接螺栓，3-后盖板，4-压电陶瓷堆，5-法兰盘，6-前盖板。
法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法及系统，其技术方案是是：针对传统的超声振动系统，在原有的压电陶瓷堆4生产条件下，以及在保证换能器原有功率不变的情况下，减小整体尺寸，将超声换能器和变幅杆进行整体式设计，将变幅杆结构替代换能器的前盖板6，使换能器实现能量转换的同时，还具备聚能变幅的作用；在换能器压电陶瓷堆4的极限位置或与压电陶瓷堆结合的变幅杆的大端上设计法兰盘5结构，并在法兰盘5上设置具有振动拒止的孔和/或槽，图1和图2所示。
一体式超声换能变幅系统设计为1/2波长结构，以法兰盘5为节点，分别向两端进行1/4波长设计。如图2所示，由于一体式超声换能与变幅系统结构相对复杂，经常将节点位置即法兰盘5设计在压电陶瓷堆两端的极限位置处。
由于结构复杂，即使在设计时法兰盘5是在节点的位置，但在实际应用中节点会产生偏移，导致法兰盘5产生相应的超声振动，此时法兰盘5将会产生振动，对加工造成一定的影响，因此需要进行法兰盘5的振动拒止设计。
如图3、图4、图5所示，将法兰盘5进行圆周均匀分布通孔或孔过盘中心线的不通孔设计，不通孔的孔深以越过圆盘厚度中心线1mm以上为宜，以达到将振动传递拒止的作用。
如图6、图7所示，当法兰盘尺寸较大时，可以在法兰盘5的两端面交替设计过中心线的振动传递拒止槽，槽数和槽的尺寸参数可依据法兰盘5大小确定，直至在法兰盘5的链接处的振动消失为准；当法兰结构尺寸受限时，也可使用一面切槽一面打均分的不通孔或通孔来实现振动在法兰径向传递的拒止，总之可以上述两种方法或其组合的方法来实现法兰盘沿径向振动的主动有效拒止。
根据法兰盘直径大小在法兰盘5两面交替上设置一条或者多条过圆盘中心线的振动拒止环槽，槽深以过中心线1mm以上为宜，以达到振动拒止的作用。
同样，也可以将通孔、不通孔和隔震环槽同时设计在同一个法兰盘5上或环槽和孔交替使用，以达到振动在圆盘上径向传递的拒止效果。
每两排孔的角度根据实际圆盘大小确定，但第二排孔的位置α是介于第一排两孔的中间，α的取值范围可以在0～θ℃，但在θ/2℃即中间效果最优。
本发明换能器明显缩短了传统超声振动系统的尺寸，并通过法兰盘的振动拒止功能来保证法兰盘与刀柄等连接处的振动为零，以实现超声振动装置设计的振动传递主动控制并避免振动对机床精度的损坏。
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，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法，其特征是：针对传统的超声振动系统，在原有的压电陶瓷堆生产条件下，以及在保证换能器原有功率不变的情况下，减小整体尺寸，将超声换能器和变幅杆进行整体式设计，将变幅杆结构替代换能器的前盖板，使换能器实现能量转换的同时，还具备聚能变幅的作用；在换能器压电陶瓷堆的极限位置或与压电陶瓷堆结合的变幅杆的大端上设计法兰盘结构，并在法兰盘上设置具有振动拒止的孔和/或槽；
将法兰盘进行圆周均匀分布通孔或/和孔过盘中心线的不通孔设计，达到将振动传递拒止的作用。
2.根据权利要求1所述的法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法，其特征是：一体式超声换能变幅系统总长设计为1/2波长结构，以法兰盘为节点，分别向两端进行1/4波长设计；将节点位置即法兰盘设计在压电陶瓷堆任意一端的极限位置处。
3.根据权利要求1所述的法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法，其特征是：法兰盘直径大于100mm时，在法兰盘的两端面交替设计过中心线的振动传递拒止槽，槽数和槽的尺寸参数依据法兰大小确定，直至在法兰盘的链接处的振动消失为准。
4.根据权利要求1所述的法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅方法，其特征是：法兰盘直径小于100mm时，在法兰盘的一个端面上切槽，另一个端面上打均分的不通孔或通孔，来实现振动在法兰径向传递的拒止。
5.一种法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅系统，包括换能器、变幅杆和压电陶瓷堆，其特征是：所述换能器和变幅杆采用整体式设计，所述变幅杆的后端作为所述换能器的前盖板，所述换能器在实现能量转换的同时，还具备聚能变幅的作用；所述换能器压电陶瓷堆的极限位置或与压电陶瓷堆结合的变幅杆的大端上设置有法兰盘，所述法兰盘上设置具有振动拒止的孔和/或槽；
所述法兰盘进行圆周均匀分布通孔或/和孔过盘中心线的不通孔，所述不通孔位于所述法兰盘的一个或两个端面上。
6.根据权利要求5所述的法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅系统，其特征是：一体式超声换能变幅系统总长设计为1/2波长结构，以法兰盘为节点，分别向两端进行1/4波长设计；将节点位置即法兰盘设计在压电陶瓷堆任意一端的极限位置处。
7.根据权利要求5所述的法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅系统，其特征是：法兰盘直径大于100mm时，所述法兰盘的两端面上交替设置有过中心线的振动传递拒止槽，所述槽的数量和尺寸参数依据所述法兰盘的大小确定。
8.根据权利要求5所述的法兰具有振动拒止功能的一体式超声换能变幅系统，其特征是：
当法兰盘直径小于100mm时，所述法兰盘的一个端面上设置有过中心线的振动传递拒止槽，所述槽的数量和尺寸参数依据所述法兰盘的大小确定，另一个端面上设置有均分的不通孔或通孔，所述不通孔过盘中心线。
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