CN108296154B - 超声波振动机构及超声波振动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于玻璃加工技术领域，涉及一种超声波振动机构及超声波振动装置，该超声波振动机构包括振动发生器和振动转向组件；振动发生器包括压电陶瓷片、电极片、前盖板、后盖板以及紧固件；振动转向组件包括振动本体、振动输入部和振动输出台；振动输入部设置在振动本体的两侧，振动输出台设置在振动本体的上端；振动转向组件将振动发生器发出的超声波由沿前盖板、压电陶瓷、振动转向组件、电极片以及后盖板连接方向的轴向振动转变为纵向振动。该超声波振动机构将振动发生器发出的超声波由轴向振动转变为纵向振动，使其可以卧置于手机玻璃盖板加工系统的机床上，可有效降低超声波振动机构的高度。

Description

超声波振动机构及超声波振动装置

技术领域

本发明属于玻璃加工技术领域，涉及一种超声波振动机构及超声波振动装置。

背景技术

目前，市场上现有的玻璃手机玻璃盖板加工通常为超声辅助机加工。现有超声波振动装置的结构包括成双数布置的陶瓷片以及位于陶瓷片两边的前、后盖板；超声波的方向为沿陶瓷片及前后盖板的轴心方向设置。然而，用于加工手机触摸屏玻璃的CNC加工机床上允许该超声波振动装置安装的高度较低，导致现有的置超声波装置无法适用在该手机触摸屏玻璃加工系统中。鉴于上述情况，有必要研发一种新的适用安装在CNC加工机床上的超声波振动装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的超声波振动装置较高且无法适用于手机玻璃盖板加工系统中的技术问题，提供一种超声波振动机构及超声波振动装置。

为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种超声波振动机构，包括振动发生器和振动转向组件；

所述振动发生器包括压电陶瓷片、电极片、前盖板、后盖板以及紧固件；所述前盖板和所述后盖板分别设置在所述振动转向组件的两侧，所述振动转向组件两侧设有相同数量的所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片分别设置在所述振动转向组件与所述前盖板及所述后盖板之间；所述电极片设置在每个所述压电陶瓷片的两侧；所述紧固件将所述振动转向组件、所述压电陶瓷片、所述电极片、所述前盖板以及所述后盖板固定连接；

所述振动转向组件包括振动本体、两个振动输入部和振动输出台；所述两个振动输入部分别设置在所述振动本体的两侧，所述压电陶瓷片和所述电极片分别与两个所述振动输入部相连，所述振动输出台设置在所述振动本体的上端；

所述振动转向组件将所述振动发生器发出的超声波由沿所述前盖板、所述压电陶瓷片、所述振动转向组件、所述电极片以及所述后盖板连接方向的轴向振动转变为纵向振动。

本发明实施例提供的超声波振动机构，其有益效果在于，在振动转向组件的两侧分别设有相同数量的压电陶瓷片，电极片在压电陶瓷片的两侧形成电场；通过电极片接收由超声波发生器发出激励电信号，利用压电材料在电场作用下产生形变的特性，压电陶瓷片将随电压和频率的变化产生机械变形，随即射出超声波。此外，超声波振动机构内设置振动转向组件，使超声波振动机构在垂直于压电陶瓷片、电极片和前、后盖板的轴心的方向上产生超声波，使振动发生器发出的超声波由轴向振动转变为纵向振动，并使用纵向振动的超声波对放置在振动输出台上方的待加工手机玻璃盖板进行加工。该超声波振动机构可以卧置于手机玻璃盖板加工系统的机床上，大幅降低整个超声波振动机构的高度，从而使超声波振动机构可以被安装与手机玻璃盖板加工系统中。

可选地，所述振动本体上设有振动放大结构。

其有益效果在于，通过设置振动放大结构可以使由振动发生器发出的超声波振动增强，以适应对不同的待加工手机玻璃盖板进行加工时所需的超声波振动频率和幅度。

可选地，所述振动放大结构为振动放大孔。

可选地，所述振动放大孔设置在所述振动本体的侧面上，所述振动放大孔呈长圆形、矩形或圆形，所述振动放大孔的个数为1～4个。

其有益效果在于，振动放大孔作为振动放大结构的一种优化方式，将振动放大孔设于所述振动本体的侧面，通过振动放大孔的内部空间使纵向振动的超声波的振动频率和幅度增强，但是在对超声波的输出振幅要求较小时，也可以不设置振动放大孔。

可选地，所述振动本体的材质为铝合金或钛合金。

可以理解的，振动本体的材质优选为的强度较大且密度较低的材质。

可选地，所述超声波振动机构设有隔振结构。

其有益效果在于，利用隔振结构将超声波振动机构的振动与手机玻璃盖板加工系统的机床隔离开，同时提供必要的支撑刚性和定位精度，为设置在振动输出台上的工作台提供足够的支撑强度和位置精度，隔振结构优选为柔性结构。

可选地，所述隔振结构为对称设置的至少一对隔震薄壁，所述隔振结构设置在所述振动本体的下端或者设置在所述前盖板和所述后盖板的下端。

另一方面，本发明实施例还提供一种超声波振动装置，其包括底座、壳体、工作台以及上述的超声波振动机构，所述超声波振动机构安装于所述底座和所述壳体围成的空间内，所述超声波振动机构的振动输出台穿过所述壳体与所述工作台固定连接。

其有益效果在于，底座将为超声波振动机构提供安装平台，同时底座可用于将超声波振动装置连接固定到机床工作台面；外壳为超声波振动装置提供框架支撑，同时对设置在其内部空间的超声波振动机构起到密封和保护的作用。

可选地，所述隔振结构固定在所述振动本体和所述底座之间。

其有益效果在于，隔振结构一端连接在振动本体的底部，另一端固定连接在底座上，将振动本体的振动与底座有效的隔离开，同时为振动本体提供足够的支撑刚度和强度。

可选地，所述底座与所述壳体之间通过密封层进行密封，所述超声波振动机构外部通过密封胶层密封。

其有益效果在于，通过密封层对底座与壳体的连接处进行密封，使超声波振动机构密封安装于底座和壳体围成的空间内，从而使壳体对设置在其内部空间的超声波振动机构起到密封和保护的作用。通过密封胶层将超声波振动机构整体从外部进行包裹，从而对超声波振动机构起密封和绝缘的作用。

可选地，所述工作台为双层结构，与所述振动输出台直接相连的所述工作台的底层为铝合金材质，所述工作台的底层之上的一层为亚克力材质，所述亚克力材质的工作台对应待加工手机玻璃盖板的尺寸设置。

其有益效果在于，亚克力材质的工作台可以根据待加工手机玻璃盖板的尺寸进行更换，从而降低成本。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的超声波振动机构的示意图；

图2是图1中振动转向结构的示意图；

图3是本发明一实施例提供的超声波振动装置的示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、振动发生器；101、压电陶瓷片；102、电极片；103、前盖板；104、后盖板；

2、振动转向组件；201、振动本体；202、振动输入部；203、振动输出台；2031、螺纹连接孔；204、振动放大孔；205、隔振结构；2051、第一薄金属片；2052、第二薄金属片；206、螺栓安装孔；207、气孔；

3、超声波振动装置；301、底座；302、壳体；303、工作台；3031、螺孔；3032、真空气孔。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明一实施例提供的超声波振动机构，包括振动发生器1和振动转向组件2。振动发生器1包括压电陶瓷片101、电极片102、前盖板103、后盖板104以及紧固件。振动转向组件2设置在前盖板103和后盖板104之间。

进一步的，前盖板103和后盖板104分别设置在振动转向组件2的两侧，振动转向组件2的两侧设有相同数量的压电陶瓷片101，电极片102设置在压电陶瓷片101的两侧。具体的，压电陶瓷片101分别设置在振动转向组件2与前盖板103以及后盖板104之间。在本实施例中，前盖板103与振动转向组件2之间设有两个压电陶瓷片101和三个电极片102，对应的，后盖板104与振动转向组件2之间也将设有两个压电陶瓷片101和三个电极片102。可以理解的，振动转向组件2的两侧均设有两个压电陶瓷片101和三个电极片102。具体的，位于振动转向组件2同一侧的三个电极片102包括设置在两个压电陶瓷片101中间的一个正极片和设置在两个压电陶瓷片101外侧的两个负极片，即每个压电陶瓷片101的两侧均设有一个正极片和一个负极片。

振动发生器1的各组件之间以及振动发生器1与振动转向组件2之间通过紧固件进行固定连接。可以理解的，振动转向组件2、压电陶瓷片101、电极片102、前盖板103、以及后盖板104的中心均设有一用于收容紧固件的固定孔。在本实施例中，紧固件选用螺栓。可以理解的，所述固定孔为螺栓安装孔206(如图2所示)，螺栓将收容于螺栓安装孔206内，使振动发生器1的各组件与振动转向组件2之间进行连接固定。

在超声波振动机构的工作过程中，由超声波发生器发出激励电信号将通过电缆传递到振动发生器1的电极片102，再传导给压电陶瓷片101。压电陶瓷片101接收到这一激励电信号后，将随电压和频率的变化产生机械变形，随即射出超声波。具体的，在本实施例中，由于每个压电陶瓷片101的两侧均设有一个电极片102，当向电极片102施加外部电流时，压电陶瓷片101两侧的电极片102之间将形成电场，利用压电材料在电场作用下产生形变的特性，从而使压电陶瓷片101沿电场方向产生与所述电场强度成正比的机械变形，从而产生超声波的轴向振动。该机械变形主要为压电陶瓷片101受电场力的作用下因其膨胀或收缩所引起的厚度变化。

设前盖板103、压电陶瓷片101、振动转向组件2、电极片102以及后盖板104的连接方向为轴向，通过振动转向结构2可将使超声波的振动由轴向振动转变为纵向振动，并传导给置于振动转向结构2上方的用于放置待加工手机玻璃盖板的工作台，再传导给固定于所述工作台上的待加工手机玻璃盖板，使得待加工手机玻璃盖板与手机玻璃盖板加工系统的加工刀具之间形成高频超声振动，从而使待加工手机玻璃盖板加工成型。在本实施例中，压电陶瓷片101采用片状结构。在其他实施例中，压电陶瓷片101也可以采用片状以外的结构，如圆环状、圆片状或夹心式。

如图2所示，振动转向组件2包括振动本体201、两个振动输入部202和振动输出台203。两个振动输入部202分别设置在振动本体201的相对两侧，振动输出台203设置在振动本体201的上端。进一步的，两个振动输入部202分别与设置在振动转向组件2两侧且与振动转向组件2相连的电极片102进行连接。可以理解的，盖板103、压电陶瓷片101、振动本体201、电极片102以及后盖板104将沿同一轴线固定连接，待加工手机玻璃盖板可放置在振动输出台203的上方，以便于对待加工手机玻璃盖板进行加工。

在本实施例中，振动本体201的材质为铝合金或钛合金。可以理解的，振动本体201的材质优选为的强度较大且密度较低的材质。

振动本体201上设有振动放大结构。在本实施例中，所述振动放大结构为振动放大孔204。将两个振动放大孔204平行设置在振动本体201未设置振动输入部202的侧面上，且振动放大孔204的外表面呈长圆形。在其他实施例中，振动放大孔204也可设置在振动本体201的其他侧面上，振动放大孔204的形状也可呈矩形或圆形等，振动放大孔204的个数可以为1个、3个或4个等。

可以理解的，振动放大孔204作为振动放大结构的一种优化方式，通过振动放大孔204的内部空间可以使纵向振动的超声波的振动频率和幅度增强，从而提高振动输出台203的振幅大小。但是在对超声波的输出振幅要求较小时，也可以不设置振动放大孔。

进一步的，超声波振动机构的下端设有隔振结构205。在本实施例中，隔振结构205为柔性结构，优选的，隔振结构205为对称设置的一对隔震薄壁，所述隔震薄壁为薄金属片。如图2所示，该对隔震薄壁为第一薄金属片2051和第二薄金属片2052，将第一薄金属片2051和第二薄金属片2052对称设置于振动转向组件2的下端。具体的，在振动本体201的下端设有一用于放置隔振结构205的矩形收容槽，第一薄金属片2051和第二薄金属片2052相对设置在所述收容槽的两个纵向侧壁上，第一薄金属片2051和第二薄金属片2052的一端与所述收容槽的上壁相连，另一端与所述收容槽的下壁相连，由于第一薄金属片2051和第二薄金属片2052在超声波轴向振动的方向上具有较小的刚度，而在支撑方向上具有较高刚度，因此可以降低超声波振动机构底部的振动，以降低超声波振动机构的振动对手机玻璃盖板加工系统的机床的影响，同时为设置在振动输出台上的工作台提供足够的支撑刚度和强度。可以理解的，超声波振动机构通过设置隔振结构205，可以将超声波振动机构的振动与手机玻璃盖板加工系统的机床隔离开，同时提供必要的支撑刚性和定位精度，为设置在振动输出台上的工作台有足够的支撑强度和位置精度。

在其他实施例中，隔振结构205也可设置于前盖板103和后盖板104的下端；隔振结构205也可以是对称设置的多对薄金属片。

本发明实施例提供的超声波振动机构，其有益效果在于，在超声波振动机构内设置振动转向组件2，使超声波振动机构在垂直于压电陶瓷片101、电极片102、前盖板103和后盖板104的轴心的方向上产生超声波，使振动发生器发出的超声波由横向的轴向振动转变为纵向振动，再通过纵向振动的超声波对放置在振动输出台203上方的待加工手机玻璃盖板进行加工。该超声波振动机构可以卧置于手机玻璃盖板加工系统的机床上，使超声波振动机构的高度大幅降低，从而使超声波振动机构可以被安装与手机玻璃盖板加工系统中。

此外，本发明实施例提供的超声波振动机构可以适用于普通无超声的加工机床及其刀具，且对加工机床无改动，可大幅降低投入成本；加工过程中无需定制刀具，可降低刀具成本；当超声波主轴和刀柄对转速有限制时，允许超声波振动机构使用现行的主轴转速进行加工；结构简单可靠，维护成本低。

如图3所示，本发明一实施例提供的超声波振动装置3，包括底座301、壳体302、工作台303以及如图1和图2所示的超声波振动机构。其中，底座301、壳体302和工作台303按照从上至下的顺序设置，且底座301与壳体302之间通过螺栓连接固定，并通过密封层对其连接固定处进行密封，使超声波振动机构密封安装于底座301和壳体302围成的空间内。在本实施例中，所述密封层选用胶垫。可以理解的，底座301将为超声波振动机构提供安装平台，同时底座301可用于将超声波振动装置3连接固定到机床工作台面；外壳302为超声波振动装置3提供框架支撑，同时对设置在其内部空间的超声波振动机构起到密封和保护的作用。

在本实施例中，超声波振动机构整体从外部被密封胶层包裹，使超声波振动机构实现密封并与外部绝缘。可以理解的，所述密封胶层将对超声波振动机构起密封和绝缘的作用。进一步的，超声波振动机构与底座301的连接处的间隙通过密封导热胶填满，所述密封导热胶可以起到良好的导热和绝缘的作用。

在其他实施例中，超声波振动装置3也可不设置底座301、壳体302和工作台303。具体的，如果对超声波振动机构做好了必要的密封绝缘保护，可不设置壳体302；超声波振动机构可直接固定在手机玻璃盖板加工系统的机床上，而不设置底座301；由于工作台303根据待加工手机玻璃盖板的尺寸进行选择，当被加工件较小时，可不设置工作台303，将被待加工手机玻璃盖板直接放置于超声波振动机构的振动输出台203上进行加工。

在本实施例中，底座301上仅设有一个超声波振动机构，相应的，底座301上仅设有一个用于收容超声波振动机构的壳体302以及一个与超声波振动机构的振动输出台203连接的工作台303。在其他实施例中，也可每个底座301上设置多个超声波振动机构，相应的，底座301上将设有与超声波振动机构的个数对应的壳体302和工作台303。

进一步的，壳体302的截面呈矩形，底座301的表面积大于壳体302的底面积且底座301呈矩形结构。在其他实施例中，工作台303、壳体302的截面以及底座301的结构/形状也可为圆形或多边形。

在本实施例中，超声波振动机构设置在底座301上，隔振结构205除设置在振动本体201的下端或者设置在前盖板103和后盖板104的下端外，也可以固定在振动本体201或底座301之间。具体的，隔振结构205一端通过螺栓连接在振动本体201的底部，另一端通过螺栓固定连接在底座301上，以将振动本体201的振动与底座301有效的隔离开，同时为振动本体201提供足够的支撑刚度和强度。在其他实施例中，隔振结构205也可以是与超声波振动机构的组件或底座301一体设计。

超声波振动机构的振动输出台203穿过壳体302的上端与工作台303固定连接。可以理解的，壳体302的上端设有一个供振动输出台203穿过的矩形振动输出孔，振动输出台203穿过所述矩形振动输出孔与工作台303的底部相连，

为使工作台303与超声波振动机构的振动输出台203之间相互固定，工作台303上设置有两个螺孔3031，振动输出台203上设有与两个螺孔3031位置对应的两个螺纹连接孔2031。可以理解的，当螺栓穿过螺孔3031和螺纹连接孔2031并旋紧时，可将工作台303稳定的固定在振动输出台203上，有效防止工作台303从振动输出台203上脱落。

进一步的，工作台303可根据待加工手机玻璃盖板的尺寸进行设计，以匹配待加工手机玻璃盖板的大小并提供支撑，同时将振动输出台203输出的振动均匀施加到待加工手机玻璃盖板上。工作台303可采用亚克力、赛钢、铁氟龙、铝合金、钛合金或不锈钢材质。根据待加工手机玻璃盖板的需要，工作台303可为单层或多层结构。例如，与振动输出台直接相连的工作台303的底层采用铝合金材质，底层之上的一层采用亚克力材质。使用时，亚克力材质的工作台303可以根据待加工手机玻璃盖板所需要的尺寸进行更换，从而降低成本。此外，与金属材质相比，亚克力材质的密度很低，在相同的振动频率下，亚克力材质会呈现出更加细密和复杂的振动模态，进而带动放置在其上的待加工手机玻璃盖板进行更加均匀的振动，最终使超声波振动机构的振动效果可以更加均匀和稳定的体现出来。而且，由于工作台301上需要开设真空吸附用的真空气道，亚克力材质的气道可以在现有玻璃精雕机上直接加工出来，如果使用铝合金或钛合金，气道的加工会产生较大的切削力，对于玻璃精雕机来说加工比较困难，且加工效率低，有可能对主轴精度和寿命造成不利影响。

在本实施例中，工作台303中心设有由真空气孔3032组成的真空气道。同时，超声波振动机构的振动输出台203上设有与真空气孔3032位置对应的气孔207，所述真空气道与气孔207连通。在其他实施例中，还可在工作台303上壁设有至少一个向工作台303内部凹陷的真空凹槽，所述真空凹槽的底部与真空气孔3032导通，从而在工作台303内部形成由真空气孔3032与真空凹槽组成的真空气道。通过设置真空气道与气孔207，可以将待加工手机玻璃盖板吸附在工作台303上，方便待加工手机玻璃盖板的加工。

可以理解的，本实施例提供的超声波振动装置3集提供真空吸附和提供高频振动功能于一体，整体结构紧凑，组装、使用方便，并且能较好的保证待加工的手机玻璃盖板与工作台303保持相对固定、以及待加工的手机玻璃盖板随工作台303振动的可靠性和稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波振动机构，其特征在于，包括振动发生器和振动转向组件；

所述振动发生器包括压电陶瓷片、电极片、前盖板、后盖板以及紧固件；所述前盖板和所述后盖板分别设置在所述振动转向组件的两侧，所述振动转向组件两侧设有相同数量的所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片分别设置在所述振动转向组件与所述前盖板及所述后盖板之间；所述电极片设置在每个所述压电陶瓷片的两侧；所述紧固件将所述振动转向组件、所述压电陶瓷片、所述电极片、所述前盖板以及所述后盖板固定连接；

所述振动转向组件包括振动本体、两个振动输入部和振动输出台；所述两个振动输入部分别设置在所述振动本体的两侧，所述压电陶瓷片和所述电极片分别与两个所述振动输入部相连，所述振动输出台设置在所述振动本体的上端；

所述振动转向组件将所述振动发生器发出的超声波由沿所述前盖板、所述压电陶瓷片、所述振动转向组件、所述电极片以及所述后盖板连接方向的轴向振动转变为纵向振动。

2.根据权利要求1所述的超声波振动机构，其特征在于，所述振动本体上设有振动放大结构。

3.根据权利要求2所述的超声波振动机构，其特征在于，所述振动放大结构为振动放大孔。

4.根据权利要求3所述的超声波振动机构，其特征在于，所述振动放大孔设置在所述振动本体的侧面上，所述振动放大孔呈长圆形、矩形或圆形，所述振动放大孔的个数为1～4个。

5.根据权利要求1所述的超声波振动机构，其特征在于，所述振动本体的材质为铝合金或钛合金。

6.根据权利要求1所述的超声波振动机构，其特征在于，所述超声波振动机构设有隔振结构。

7.根据权利要求6所述的超声波振动机构，其特征在于，所述隔振结构为对称设置的至少一对隔震薄壁，所述隔振结构设置在所述振动本体的下端或者设置在所述前盖板和所述后盖板的下端。

8.一种超声波振动装置，其特征在于，包括底座、壳体、工作台以及权利要求1-5任意一项所述的超声波振动机构，所述超声波振动机构安装于所述底座和所述壳体围成的空间内，所述超声波振动机构的振动输出台穿过所述壳体与所述工作台固定连接。

9.根据权利要求8所述的超声波振动装置，其特征在于，所述超声波振动机构设有隔振结构；

所述隔振结构固定在所述振动本体和所述底座之间，所述底座与所述壳体之间通过密封层进行密封，所述超声波振动机构外部通过密封胶层密封。

10.根据权利要求8所述的超声波振动装置，其特征在于，所述工作台为双层结构，与所述振动输出台直接相连的所述工作台的底层为铝合金材质，所述工作台的底层之上的一层为亚克力材质，所述亚克力材质的工作台对应待加工手机玻璃盖板的尺寸设置。