CN109351581B - 一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器，通过在换能器的法兰上设置减振结构，该减振结构包括一体成型于法兰的外缘用于与超声波装置本体连接的凸起部，凸起部沿法兰的径向向外凸起，通过该凸起部可以改变法兰与超声波装置本体的连接形式，通过凸起部与超声波装置本体连接，可减少法兰与超声波装置本体的连接面积，以减少换能器和超声波装置本体之间的超声波振动传递，进而减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效传递到加工工具上，以提高加工工具的超声加工效率；且当该换能器用于超声波刀柄时，可减少超声波振动传递至机床主轴上，避免超声波振动影响机床主轴转动及对机床主轴造成损坏。

Description

一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器

技术领域

本发明涉及超声波加工技术领域，特别是涉及一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器及包括该换能器的超声波刀柄。

背景技术

换能器是超声波装置中提供超声波振动能量的关键性机构，其工作原理为利用压电效应或者磁致伸缩效应将频率电信号转化成高频超声波振动，并将超声波振动能量传输至加工工具以对加工工件进行加工。其中，加工工具可为刀具、磨头等，换能器主要应用于超声波刀柄、超声波夹具、超声波主轴及超声波机床等超声波装置中。

现有技术中，由于换能器与超声波装置中的超声波装置本体连接时，较大部分的超声波振动会向超声波装置本体传递，导致超声波振动能量的损失，超声加工效率较低；另外，当换能器应用于超声波刀柄中时，换能器与刀柄本体连接，部分超声波振动经刀柄本体向连接于其后端的机床主轴传递，不仅会影响机床主轴的转动，且会对机床主轴产生冲击甚至造成机床损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器及包括该换能器的超声波刀柄，能够减少超声波振动经换能器向超声波装置本体的传递，减少超声波振动能量损失，且当此换能器应用于超声波刀柄时，能够避免超声波振动影响机床主轴转动及冲击机床主轴造成机床主轴损坏。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器，其包括换能器本体及设于所述换能器本体外周的法兰，所述换能器本体的前端用于安装加工工具，所述法兰上设置有用于减少所述换能器本体向超声波装置本体传递超声波振动的减振结构；所述减振结构包括一体成型于所述法兰的外缘且用于与超声波装置本体连接的凸起部，所述凸起部沿所述法兰的径向向外凸起。

作为优选方案，所述法兰设于所述换能器本体的振动节点处。

作为优选方案，所述凸起部设有用于与所述超声波装置本体焊接的焊接位。

作为优选方案，所述焊接位设于所述凸起部的外缘。

作为优选方案，所述焊接位设于所述凸起部的顶部。

作为优选方案，所述焊接位设于所述法兰径向的振动节点处。

作为优选方案，所述焊接位偏离所述法兰沿其厚度方向的中心线位置。

作为优选方案，所述凸起部的外径从其前端至其后端逐渐增大，或者所述凸起部的外径从其后端至其前端逐渐增大。

作为优选方案，所述凸起部的外径从其中间向其两端逐渐减小。

作为优选方案，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部的外缘呈弧形。

作为优选方案，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部的外缘呈半圆弧形。

作为优选方案，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部呈多边形。

作为优选方案，在沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部呈梯形或三角形。

作为优选方案，所述凸起部为环绕所述换能器本体的环形状。

作为优选方案，所述凸起部的外缘设有多个沿其周向间隔设置的缺口。

作为优选方案，所述缺口的底部为平面。

作为优选方案，所述凸起部包括若干沿所述法兰的外缘周向间隔设置的凸块。

作为优选方案，相邻两个凸块之间设有弧形凹槽。

作为优选方案，所述凸块的顶部为平面。

作为优选方案，所述减振结构还包括开设于所述法兰的至少一个端面的减振槽结构，所述减振槽结构包括一个或多个槽体。

作为优选方案，至少一个所述槽体的深度大于所述法兰的厚度的一半。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；将所述第一减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L1，所述第二减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L2，所述法兰的厚度设为L，其中，L1+L2≥L。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽；所述第二减振槽结构包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽；所述第二环形凹槽的直径大于所述第一环形凹槽的直径。

作为优选方案，所述第一环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

作为优选方案，所述第一减振槽结构还包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第三环形凹槽，所述第三环形凹槽的直径大于所述第二环形凹槽的直径。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽，所述第二减振槽结构包括若干第一减振孔，各所述第一减振孔沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，且各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径；

所述第一减振孔的深度大于所述第四环形凹槽的深度。

作为优选方案，所述第四环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

作为优选方案，所述第一减振槽结构还包括开设于所述法兰的前端面的若干第二减振孔，各所述第二减振孔沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第六环形凹槽；各所述第二减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径，各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第六环形凹槽的直径；所述第一减振孔和所述第二减振孔错开布置；

所述第二减振孔的深度大于所述第六环形凹槽的深度。

作为优选方案，所述第六环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括若干第一弧形槽，所述第二减振槽结构包括若干第二弧形槽，所述第一弧形槽及第二弧形槽均为朝所述法兰径向外侧凸起的圆弧段；且各所述第一弧形槽沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径比各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径小。

作为优选方案，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第五环形凹槽，所述第五环形凹槽的直径小于各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径，且大于各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径；

且所述第一弧形槽的深度和第二弧形槽的深度均大于所述第五环形凹槽的深度。

作为优选方案，所述换能器包括变幅杆及安装于所述变幅杆后端的压电振子，所述变幅杆的前端用于与加工工具连接，所述法兰一体成型于所述变幅杆的外周上。

作为优选方案，所述法兰的后端面开设有用于与超声波装置本体紧固连接的安装孔。

为了实现相同的目的，本发明还提供一种超声波刀柄，其包括刀柄本体、无线信号接收装置及上述的换能器；所述刀柄本体为所述超声波装置本体，所述刀柄本体的后端用于与机床主轴连接，所述刀柄本体的前端开设有内腔，所述无线信号接收装置安装于所述刀柄本体的外周上并用于与外部设置的无线信号发射装置通信连接，所述换能器与所述无线信号接收装置电连接，所述换能器的后端安装于所述内腔内，且所述法兰与所述刀柄本体固定相连。

作为优选方案，所述法兰的外周一体成型有凸起部，设于所述凸起部的外缘的焊接位与所述刀柄本体的所述内腔的侧壁焊接。

作为优选方案，所述超声波刀柄还包括压盖，所述刀柄本体的内腔侧壁上设置有台阶，所述法兰的后端面连接于所述台阶，所述压盖套设于所述换能器的外周并连接所述法兰的前端面。

作为优选方案，所述超声波刀柄还包括减振垫，所述减振垫设于所述法兰的后端面和所述台阶之间或者所述减振垫设于所述法兰的前端面和所述压盖之间。

作为优选方案，所述减振垫由耐高温材料制成。

作为优选方案，所述超声波刀柄还包括销钉，所述销钉的两端分别安装于所述台阶及所述法兰的后端面，以连接所述刀柄本体及所述法兰。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实施例的一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器，通过在换能器的法兰上设置减振结构，该减振结构包括一体成型于法兰的外缘且用于与超声波装置本体连接的凸起部，凸起部沿所述法兰的径向向外凸起，通过该凸起部可以改变法兰与超声波装置本体的连接形式，通过凸起部与超声波装置本体连接，可减少法兰与超声波装置本体的连接面积，以减少换能器和超声波装置本体之间的超声波振动传递，进而可减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效传递到加工工具上，以提高加工工具的超声加工效率。

进一步地，当换能器应用于超声波刀柄时，能够减少超声波振动向刀柄本体传递，进而避免超声波振动通过刀柄本体传递至机床主轴上以对机床主轴的转动产生干涉，且能够避免超声波振动冲击机床主轴造成机床主轴损坏，并确保超声波振动能量有效传递到加工工具上。

更进一步地，将法兰设于换能器本体的振动节点(即振动零点)处，由此可进一步减少甚至隔离超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上。

更进一步地，减振结构还包括开设于法兰至少一端面的减振槽结构，通过开设减振槽结构可以对法兰进行减材处理，使得法兰的强度减弱，且开设减振槽结构可以将超声波振动向法兰的四周传递扩散，由此能够进一步减少超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上，且能够减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效地传递到加工工具上，并通过加工工具传递到被加工材料上，以提高加工工具的超声加工效率。且减振槽结构中的槽体深度大于法兰厚度的一半，由此可以将超声波振动的传递路径限制在法兰较窄的端面边缘处，超声波振动经减振槽结构后可以进行大幅度的减少，只有很少一部分振动能量通过较窄的法兰端面边缘传递，该剩余的超声波振动可以在凸起部得到有效的消除。

附图说明

图1是本发明实施例一中一种换能器的结构示意图；

图1a是图1的A部局部放大图；

图1b是本发明实施例一中另一种换能器的结构示意图；

图1c是本发明实施例中又一种换能器的结构示意图；

图2是本发明实施例二中一种换能器的简化结构示意图；

图2a是本发明实施例二中换能器另一视角的结构示意图；

图2b是图2的左视图；

图2c是图2b的A-A剖视图；

图2d是图2b的B-B剖视图；

图3是本发明实施例三中一种换能器的简化结构示意图；

图3a是本发明实施例三中换能器另一视角的结构示意图；

图3b是图3的左视图；

图3c是图3b的A-A剖视图；

图3d是图3b的B-B剖视图；

图4是本发明实施例四中一种换能器的简化结构示意图；

图4a是本发明实施例四中换能器另一视角的结构示意图；

图4b是图4的左视图；

图4c是图4b的A-A剖视图；

图4d是图4b的B-B剖视图；

图5是本发明实施例五中一种换能器的简化结构示意图；

图5a是本发明实施例五中换能器另一视角的结构示意图；

图5b是图5的左视图；

图5c是图5b的A-A剖视图；

图5d是图5b的B-B剖视图；

图6是本发明实施例六中一种换能器的简化结构示意图；

图6a是本发明实施例六中换能器另一视角的结构示意图；

图6b是图6的左视图；

图6c是图6b的A-A剖视图；

图6d是图6b的B-B剖视图；

图7是本发明实施例七中一种换能器的简化结构示意图；

图7a是本发明实施例七中换能器另一视角的结构示意图；

图7b是图7的左视图；

图7c是图7b的A-A剖视图；

图7d是图7b的B-B剖视图；

图8是本发明中一种超声波刀柄的结构示意图；

图8a是本发明中另一种超声波刀柄的结构示意图；

图8b是本发明中又另一种超声波刀柄的结构示意图；

图中，1、换能器；10、换能器本体；11、法兰；111、安装孔；12、变幅杆；121、工具装夹部；122、锥形孔；13、减振结构；14、第一减振槽结构；141、第一环形凹槽；142、第三环形凹槽；143、第四环形凹槽；144、第一弧形槽；145、第二减振孔；15、第二减振槽结构；151、第二环形凹槽；152、第一减振孔；153、第二弧形槽；154、第五环形凹槽；155、第六环形凹槽；16、弧形凹槽；17、凸起部；171、焊接位；172、凸块；173、缺口；18、前端盖；19、压电振子；2、刀柄本体；21、内腔；22、台阶；3、无线信号接收装置；4、销钉；5、加工工具；6、压盖；7、减振垫；8、密封圈；20、拉钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

另外需要说明的是，本发明的描述中，术语“前端”和“后端”指的是，在换能器安装有加工工具时，靠近于加工工具的一端为“前端”，背离加工工具的一端为“后端”。

实施例一：

本发明提出一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器1，本实施例中的换能器请参阅附图1、1a、1b、1c所示，所述换能器1包括换能器本体10及设于换能器本体10外周的法兰11，换能器本体10的前端用于安装加工工具5，法兰11上设置有用于减少超声波振动从换能器1向超声波装置本体传递的减振结构13；该减振结构13包括一体成型于法兰11的外缘且用于与超声波装置本体连接的凸起部17，该凸起部17沿法兰11的径向向外凸起。

如表一所示，基于上述技术方案，通过该凸起部17可以改变法兰11与超声波装置本体的连接形式，与不设置凸起部17的法兰11相比，凸起部17的设置可减少法兰11与超声波装置本体的连接面积，可以减少换能器1和超声波装置本体之间的超声波振动传递，通过该减振结构13能够减少超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上，进而可减少超声波振动能量的损失，如表一所示，表中的超声波装置以超声波刀柄为例，减少了刀柄尾端的振幅，并提高了刀柄前段加工工具(如刀具)的振幅，由此确保超声波振动能量有效传递到加工工具5上，以提高加工工具的超声加工效率。

表一有凸起部和无凸起部的法兰振动传递对比表

优选地，在本实施例中，如图1所示，沿换能器本体10的轴向的截面上观察时，凸起部17的外缘呈弧形，且凸起部17的外径从其中间向其两端逐渐减小，并将该凸起部17外径最大的顶部作为用于与超声波装置本体焊接的焊接位171，通过焊接的方式，与通过紧固件连接的方式相比，可提高换能器和超声波装置本体的连接稳定性，并可进一步减少经法兰传递至超声波装置本体上的超声波振动。

进一步优选地，所述焊接位171偏离所述法兰11沿其厚度方向的中心线位置，即能够将焊接位置避开法兰11的中心位置，能够更好地减少超声波振动向超声波装置本体传递。

优选地，法兰11设置在换能器本体10的振动节点处，该振动节点即为振动零点，对于超声波刀柄来说，一般是靠近变幅杆12或前端盖18的后端面，将法兰11设于振动节点处，可以有效减少甚至隔离超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

优选地，所述焊接位171设于所述法兰11径向的振动节点处，即在法兰的焊接位171处，径向向外传递的超声波振动为零，能够进一步减少超声波振动从法兰11传递至超声波装置本体。

其中一种实施方式，如图1、图1b所示，本实施例的换能器本体10包括变幅杆12及安装于变幅杆12后端的压电振子19，变幅杆12的前端用于与加工工具5连接，优选地，减振结构13一体成型于变幅杆12上。优选地，变幅杆12的前端设置有工具装夹部121或者锥形孔122，用于与加工工具5配合连接。

作为换能器本体10的另一种实施方式，如图1c，换能器本体10包括前端盖18及安装于前端盖18后端的压电振子19，前端盖18的前端用于与加工工具5连接，法兰11一体成型于前端盖18的外周上，减振结构13一体成型于前端盖18上，该方案在以下换能器的具体实施例中会有详细说明。

示例性地，压电振子19可以为磁致振子，而当为磁致振子时，则利用磁致材料的磁致伸缩效应将磁能转化成机械能，从而产生超声波振动。

此外，本实施例中，为了实现进一步减少超声波振动向超声波装置本体传递的目的，还可以在法兰11至少一个端面开设减振槽结构，所述减振槽结构包括一个或多个槽体，且至少一个槽体的深度大于所述法兰11的厚度的一半，即减振槽结构能够阻止超声波振动从法兰11沿其厚度方向的中心位置直接径向传递。

具体包括三种实现形式：在法兰11的前端面开设减振槽结构，或在法兰11的后端面开设减振槽结构，或者在法兰11的前端面和后端面均开设有减振槽结构，且将开设在法兰11前端面的减振槽结构定义为第一减振槽结构14，开设在法兰11后端面的减振槽结构定义为第二减振槽结构15。如表二所示，开设减振槽结构可对法兰11进行减材处理，使得法兰11的强度减弱，如表二所示减少了刀柄尾端的振幅，并提高了刀柄前段加工工具(如刀具)的振幅，进而减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上，进一步可减少超声波振动能量的损失，由此确保超声波振动能量有效传递到加工工具5上。从表二中可以看出，表中的超声波装置以刀柄为例，在法兰11前后端均设置减振槽结构的方式为最优选的实施方式，可以更加有效地减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上，并将更多的超声波振动能量传递到加工工具(如刀具)上。

表二设置凸起部的法兰振动传递对比表

复参阅附图1和图1a所示，在法兰11的前端面开设有第一减振槽结构14和在法兰的后端面开设有第二减振槽结构15，第一减振槽结构14和第二减振槽结构15错位设置，且第一减振槽结构14位于法兰11与变幅杆12的连接处，第二减振槽结构15位于第一减振槽结构14的外侧，第一减振槽结构14中深度最大的槽体的深度设为L1，第二减振槽结构15中深度最大的槽体的深度设为L2，所述法兰的厚度设为L，其中，L1+L2≥L，由此使得换能器本体10的超声波振动在向法兰11径向传递的路径上，都会受到空气的阻隔，由此可以提高减振效果。

本实施例中，当第一减振槽结构14包括多个槽体和/或第二减振槽结构15包括多个槽体时，保证至少一个第一减振槽结构14的槽体的深度与第二减振槽结构15的一个槽体的深度之和大于法兰11的厚度，能够进一步减少超声波振动向超声波装置本体传递。

更优地，当第一减振槽结构14包括多个槽体和/或第二减振槽结构15多个槽体时，沿法兰11径向相邻的两个第一减振槽结构14的槽体和第二减振槽结构15的槽体的深度之和大于法兰11的深度。

实施例二：

请参阅附图2、2a、2b、2c、2d所示，本实施例提出一种用于超声波装置的换能器1，与实施例一的区别仅在于，在本实施例中，凸起部17包括若干沿法兰11的外缘周向间隔设置的凸块172，若干凸块172围合成环绕换能器本体10的环形状。进一步地，相邻两个凸块之间设有弧形凹槽16。更进一步地，凸块172的顶部为平面，该平面状的顶部为法兰最大外径处，其为用于与超声波装置本体焊接的焊接位171，焊接位171为振动零点的位置，在连接换能器1和超声波装置本体时，由此将法兰11与超声波装置本体的连接位置设置在换能器1的振动零点的位置，可尽量减少换能器1的超声波振动通过法兰11与超声波装置本体的连接位置传递至超声波装置本体。从附图2d中可知，法兰11的截面呈梅花状；在法兰11的侧面开设弧形凹槽16同样能够对法兰11进行减材处理，使得法兰11的强度进一步减弱，从而可减少超声波装置本体及换能器1之间的振动传递。

此外，本实施例的减振结构13包括开设于法兰11的前端面的第一减振槽结构14和开设于法兰11的后端面的第二减振槽结构15，在法兰11的前后端面分别设置了减振槽结构，由此对法兰11进一步进行减除材料处理，使得法兰11的强度减弱，而减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

进一步地，本实施例的第一减振槽结构14包括以法兰11的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽141；所述第二减振槽结构15包括以所述法兰11的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽151；如图2c所示，第一环形凹槽141和第二环形凹槽151错位设置，且第一环形凹槽141的深度和第二环形凹槽151的深度之和大于等于法兰11的厚度。

优选地，第一环形凹槽141设于法兰11与换能器本体10的连接处，且第二环形凹槽151的直径大于所述第一环形凹槽141的直径，使得第二环形凹槽151位于第一环形凹槽141的外侧，由此。具体地，第一环形凹槽141和第二环形凹槽151同轴开设，通过此结构能够更佳地阻止超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

本实施例的换能器的其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

实施例三：

请参阅附图3、3a、3b、3c、3d所示，本实施例提出一种用于超声波装置的换能器，其与实施例一的区别仅在于：本实施例的凸起部17为环绕换能器本体10的环形状；进一步地，凸起部17的外径从其中间向其两端逐渐减小并形成为沿换能器本体10的轴向的截面上观察时的半圆弧形，具体参阅附图3c所示；本实施例的第一减振槽结构14包括以法兰11的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽141；所述第二减振槽结构15包括以所述法兰11的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽151；如图3c所示，第一环形凹槽141和第二环形凹槽151错位设置，且第一环形凹槽141的深度和第二环形凹槽151的深度之和大于等于法兰11的厚度。示例性地，也可将所述凸起部17设置为从其后端至其前端的外径逐渐增大的形状。

优选地，第一环形凹槽141设于法兰11与换能器本体10的连接处，且第二环形凹槽151的直径大于所述第一环形凹槽141的直径，使得第二环形凹槽151位于第一环形凹槽141的外侧。具体地，第一环形凹槽141和第二环形凹槽151同轴开设，通过此结构能够更佳地减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

本实施例的换能器的其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

实施例四：

参阅附图4、4a、4b、4c、4d所示，本实施例中的提出一种用于超声波刀柄的换能器1，其与实施例一的区别仅在于：

首先，凸起部17形成为环绕换能器本体10的环形状。进一步地，凸起部17的外径从其中间向其两端逐渐减小并形成为沿换能器本体10的轴向的截面上观察时的梯形，具体参阅附图4c所示。更具体地，该凸起部17最大外径的顶部设置为焊接位171，焊接位171设于法兰11的后端，通过设于法兰11的后端部的焊接位171与超声波装置本体进行焊接，在连接换能器1和超声波装置本体时，可尽量减少换能器1的超声波振动通过法兰11与超声波装置本体的连接位置传递至超声波装置本体。

此外，第一减振槽结构14和第二减振槽结构15的开设形状及分布不相同，具体地，第一减振槽结构14包括以法兰11的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽141以及第三环形凹槽142；所述第二减振槽结构15包括以所述法兰11的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽151，第二减振槽结构15还包括若干第一减振孔152，各所述第一减振孔152沿所述法兰11的后端面的中心周向间隔设置，且各第一减振孔152围合形成的圆形的直径大于第三环形凹槽142的直径；通过第三环形凹槽142及各第一减振孔152的设置，可以进一步减少超声波振动通过法兰11传递至超声波装置本体上。如图4c所示，第一环形凹槽141、第三环形凹槽142和第二环形凹槽151错位设置，且第一环形凹槽141的深度和第二环形凹槽151的深度之和大于等于法兰11的厚度，第三环形凹槽142的深度和第二环形凹槽151的深度之和大于等于法兰11的厚度。

本实施例的换能器的其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

实施例五：

参阅附图5、5a、5b、5c、5d可知，本具体实施例提供的换能器1与实施例一中的换能器相比，其区别仅在于，其在法兰11的外周设置有凸起部17，该凸起部17的外径从其前端至其后端逐渐增大并形成沿换能器本体10的轴向的截面上观察时的三角形，如附图5c所示。

另外，本实施例中第一减振槽结构14及第二减振槽结构15的开设形式不一样，第一减振槽结构14包括以法兰11的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽143，第二减振槽结构15包括若干第一减振孔152，各第一减振孔152沿法兰11的后端面的中心周向间隔设置，且各第一减振孔152围合形成的圆形的直径大于第四环形凹槽143的直径。如图5c所示，第一减振孔152的深度和第四环形凹槽143的深度之和大于等于法兰11的厚度。第一减振孔152的深度大于第四环形凹槽143的深度。

进一步地，第四环形凹槽143设于法兰11与换能器本体10的连接处。

本实施例的换能器其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

实施例六：

请参阅附图6、6a、6b、6c、6d，本实施例与实施例一中的换能器1的结构相比，其区别仅在于：

首先，凸起部17的外径从其中间至其两端逐渐减小，且沿换能器本体10的轴向的截面上观察时，凸起部17的外缘呈弧形，且在凸起部17的外缘设有多个沿其周向间隔设置的缺口173，相邻两个缺口173之间形成凸起，由此能够进一步减少超声波振动经法兰11向超声波装置本体传递。

此外，第一减振槽结构14和第二减振槽结构15的开设方式不同，本实施例中，第一减振槽结构14包括以所述法兰11的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽143及若干第二减振孔145，各所述第二减振孔145沿所述法兰11的前端面的中心周向间隔设置，各所述第二减振孔145围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽143的直径；第二减振槽结构15包括若干第一减振孔152及以所述法兰11的后端面的中心为圆心开设的第六环形凹槽155，各所述第一减振孔152沿所述法兰11的后端面的中心周向间隔设置，各所述第一减振孔152围合形成的圆形的直径大于所述第六环形凹槽155的直径。示例性地，参阅附图6d所示，所述第一减振孔152和所述第二减振孔145错开布置。本实施例中，通过在法兰11的端面上开设第一减振孔152、第二减振孔145、第四环形凹槽143及第六环形凹槽155，通过去除材料及各槽孔之间的开设形式，能够有效地减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

如图6c所示，第二减振孔145的深度和第六环形凹槽155的深度之和大于等于法兰11的厚度，第一减振孔152的深度和第四环形凹槽143的深度之和大于等于法兰11的厚度。

优选地，第一减振孔152的深度、第二减振孔145的深度均大于第六环形凹槽155及第四环形凹槽143的深度。

本实施例的换能器其它特征与实施例四相同，在此不再进行赘述。

实施例七：

本实施例的提出一种用于超声波刀柄的换能器1，具体参阅附图7、7a、7b、7c、7d，其与实施例一的区别仅在于，第一减振槽结构14和第二减振槽结构15的开设形状及分布不相同。

具体地，第一减振槽结构14包括若干第一弧形槽144，第二减振槽结构15包括若干第二弧形槽153，第一弧形槽144及第二弧形槽153均为朝所述法兰11径向外侧凸起的圆弧段；且各第一弧形槽144沿所述法兰11的前端面的中心周向间隔设置，各第二弧形槽153沿所述法兰11的后端面的中心周向间隔设置，各第二弧形槽153围合成的圆形的直径比各所述第一弧形槽144围合成的圆形的直径小。本实施例中，分别在法兰11的前端面及法兰11的后端开设第一弧形槽144及第二弧形槽153，通过减除材料处理能够减少超声波振动通过法兰11向超声波装置本体传递。

为了进一步减少换能器1和超声波装置本体之间的超声波振动传递，本实施例中，第二减振槽结构15还包括以法兰11的后端面的中心为圆心开设的第五环形凹槽154，第五环形凹槽154的直径小于各所述第一弧形槽144围合成的圆形的直径，且大于各第二弧形槽153围合成的圆形的直径。优选地，第一弧形槽144的深度和第二弧形槽153的深度均大于第五环形凹槽154的深度。

如图7c所示，第一弧形槽144的深度和第五环形凹槽154的深度之和大于等于法兰11的厚度。

本实施例的换能器其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

以上，仅给出了换能器七个优选实施方式，在上述实施例中所给出的凸起部17、第一减振槽结构14、第二减振槽结构15的结构中，可以直接地、自由地组合以形成不限于七个、数量更多的换能器的具体实施方式。

需要说明的是，上述的换能器1可以用于超声波刀柄中，还可以用于超声波夹具、超声波主轴、超声波机床等其它超声波装置上，本发明以用于超声波刀柄为例。

请参阅附图8、8a、8b所示，本发明所提出一种超声波刀柄，其包括刀柄本体2、无线信号接收装置3和换能器1，该刀柄本体2即为上述的超声波装置本体，刀柄本体2的后端用于与机床主轴连接，刀柄本体2的前端开设有内腔21，无线信号接收装置3安装于刀柄本体2的外周上并用于与外部设置的无线信号发射装置通信连接；换能器1与无线信号接收装置3电连接，换能器1的后端安装于内腔21内，换能器1包括换能器本体10和设于法兰11，换能器本体10的前端用于安装加工工具5，且法兰11与刀柄本体2固定相连，法兰11上设有减振结构13，该减振结构13可以用于减少换能器1向刀柄本体2传递的超声波振动。

上述所有实施例中所提到的换能器1均可以用于本实施例中的超声波刀柄中，换能器1应用于超声波刀柄时，能够减少超声波振动传递至刀柄本体2，进而避免超声波振动能量通过刀柄本体2传递至机床主轴上以对机床主轴的转动产生干涉，且能够避免超声波振动冲击机床主轴造成主轴损坏，并确保超声波振动能量有效传递到加工工具5上。

优选地，减振结构13包括一体成型于法兰11的外缘且用于与刀柄本体2连接的凸起部17，该凸起部17沿法兰11的径向向外凸起，更优选地，凸起部17设置有焊接位171，该焊接位171与刀柄本体2的内腔21的侧壁焊接。

优选地，本实施例超声波刀柄中的换能器本体10包括变幅杆12及安装于变幅杆12后端的压电振子19，变幅杆12的前端用于与加工工具5连接，优选地，减振结构13一体成型于变幅杆12上。优选地，变幅杆12的前端设置有工具装夹部121或者锥形孔122，用于与加工工具5配合连接。

上述的超声波刀柄，刀柄本体2用于连接机床主轴、安装无线信号发射装置3及换能器等部件；示例性地，压电振子19可以为磁致振子。当为压电振子191时，在工作过程中，无线信号发射装置将超声电源发生器产生的高频电能信号通过无线传输的方式传递到无线信号接收装置3上，无线信号接收装置3用于接收无线传输发射装置发出的信号并将感应到的信号还原成高频电能信号传递给压电振子，压电振子具有压电效应，利用压电振子的压电效应将频率电信号转换为高频机械振动，并通过变幅杆12对机械振动进行放大并传输至其前端的加工工具5上，加工工具5由超声波振动及机床主轴转动共同进行驱动，实现对工件的超声加工；而当为磁致振子时，则利用磁致材料的磁致伸缩效应将磁能转化成机械能，从而产生超声波振动。

优选地，超声波刀柄还包括压盖6，所述刀柄本体2的内腔21侧壁上设置有台阶22，所述法兰11的后端面连接于所述台阶22，所述压盖6套设于所述变幅杆12的外周并连接所述法兰11的前端面；压盖6连接法兰11至台阶22上能够进一步限定法兰11沿轴向方向的移动，从而防止法兰11相对于刀柄本体2发生偏移，保证变幅杆12不产生倾斜。

具体实施例中，超声波刀柄还包括减振垫7，参阅附图8b所示，所述减振垫7设于所述法兰11的后端面和所述台阶22之间；另外，所述减振垫7也可设于所述法兰11的前端面和所述压盖6之间；由于设置减振垫7能够进一步防止刀柄本体2发生振动，同时，减振垫7还能起到防尘、防水的作用。继续参阅附图8b所示，在法兰11的后端面与台阶22之间设置有密封圈8。

优选地，为了便于焊接，上述减振垫7采用耐高温的减振垫7。

复参阅图1b和1c所示，超声波刀柄还包括销钉4，所述销钉4的两端分别安装于所述台阶22及法兰11的后端面的安装孔111，以连接所述刀柄本体2及所述变幅杆12；通过利用销钉4连接变幅杆12及刀柄本体2。

示例性地，本实施例中，所述刀柄本体2的后端设置有用于与机床主轴连接的拉钉20。

综上，本发明实施例提供一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器，通过在换能器的法兰11上设置减振结构13，该减振结构13包括一体成型于法兰11的外缘且用于与超声波装置本体连接的凸起部17，凸起部17沿法兰11的径向向外凸起，通过该凸起部17可以改变法兰11与超声波装置本体的连接形式，通过凸起部17与超声波装置本体连接，可减少法兰11与超声波装置本体的连接面积，可减少换能器1和超声波装置本体之间的超声波振动传递，进而可减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效传递到加工工具上，以提高加工工具的超声加工效率；

进一步地，当换能器1应用于超声波刀柄时，能够减少超声波振动传递至刀柄本体，进而避免通过刀柄本体将超声波振动能量传递至机床主轴上以对机床主轴的转动产生干涉，且能够避免超声波振动冲击机床主轴造成机床主轴损坏，并确保超声波振动能量有效传递到加工工具上。

更进一步地，将法兰11设于换能器本体10的振动节点(即振动零点)处，由此可进一步减少甚至隔离超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

更进一步地，在法兰上设置有减振结构，该减振结构包括开设于所述法兰的至少一个端面的减振槽结构，所述减振槽结构的深度大于所述法兰的厚度的一半，通过开设减振槽结构可以对法兰进行减材处理，使得法兰的强度减弱，且将减振槽结构的深度设为大于法兰的厚度的一半，可以将超声波振动向法兰的四周传递扩散，超声波振动经减振槽结构可以大幅度减少，只有少量的超声波振动经较窄的法兰端面传递，由此能够有效减少超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上，且能够减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效地传递到加工工具上，并通过加工工具传递到被加工材料上，以提高加工工具的超声加工效率。

更进一步地，凸起部17上设有用于与超声波装置本体焊接的焊接位171，换能器1通过凸起部17的焊接位171与超声波装置本体焊接，通过焊接的方式，与通过紧固件连接的方式相比，可提高换能器1和超声波装置本体的连接稳定性，并可进一步减少经法兰11传递至超声波装置本体上的超声波振动。

更进一步地，法兰11前后端分别开设了多种不同结构和形状的减振槽结构，且间隔非环形设置的减振槽结构的深度较深，环形设置的减振槽结构的深度较浅，较深的减振槽结构可以更大幅度地减少超声波振动，而较浅的减振槽结构在减少超声波振动的同时，确保了法兰11的整体刚度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (39)

1.一种具有隔振功能、用于超声波装置的凸缘结构换能器，其特征在于，包括换能器本体及设于所述换能器本体外周的法兰，所述换能器本体的前端用于安装加工工具，所述法兰上设置有用于减少所述换能器本体向超声波装置本体传递超声波振动的减振结构；

所述减振结构包括一体成型于所述法兰的外缘且用于与超声波装置本体连接的凸起部，所述凸起部沿所述法兰的径向向外凸起。

2.如权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述法兰设于所述换能器本体的振动节点处。

3.如权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述凸起部设有用于与所述超声波装置本体焊接的焊接位。

4.如权利要求3所述的换能器，其特征在于，所述焊接位设于所述凸起部的外缘。

5.如权利要求4所述的换能器，其特征在于，所述焊接位设于所述凸起部的顶部。

6.如权利要求4所述的换能器，其特征在于，所述焊接位设于所述法兰径向的振动节点处。

7.如权利要求3所述的换能器，其特征在于，所述焊接位偏离所述法兰沿其厚度方向的中心线位置。

8.如权利要求1-7任一项所述的换能器，其特征在于，所述凸起部的外径从其前端至其后端逐渐增大，或者所述凸起部的外径从其后端至其前端逐渐增大。

9.如权利要求1-7任一项所述的换能器，其特征在于，所述凸起部的外径从其中间向其两端逐渐减小。

10.如权利要求1-7任一项所述的换能器，其特征在于，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部的外缘呈弧形。

11.如权利要求10所述的换能器，其特征在于，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部的外缘呈半圆弧形。

12.如权利要求1-7任一项所述的换能器，其特征在于，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部呈多边形。

13.如权利要求12所述的换能器，其特征在于，在沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述凸起部呈梯形或三角形。

14.如权利要求1-7任一项所述的换能器，其特征在于，所述凸起部为环绕所述换能器本体的环形状。

15.如权利要求14所述的换能器，其特征在于，所述凸起部的外缘设有多个沿其周向间隔设置的缺口。

16.如权利要求15所述的换能器，其特征在于，所述缺口的底部为平面。

17.如权利要求1-7任一项所述的换能器，其特征在于，所述凸起部包括若干沿所述法兰的外缘周向间隔设置的凸块。

18.如权利要求17所述的换能器，其特征在于，相邻两个凸块之间设有弧形凹槽。

19.如权利要求17所述的换能器，其特征在于，所述凸块的顶部为平面。

20.如权利要求1-7任一项所述的换能器，其特征在于，所述减振结构还包括开设于所述法兰的至少一个端面的减振槽结构，所述减振槽结构包括一个或多个槽体。

21.如权利要求20所述的换能器，其特征在于，至少一个所述槽体的深度大于所述法兰的厚度的一半。

22.如权利要求20所示的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；将所述第一减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L1，所述第二减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L2，所述法兰的厚度设为L，其中，L1+L2≥L。

23.如权利要求20所述的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽；所述第二减振槽结构包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽；所述第二环形凹槽的直径大于所述第一环形凹槽的直径。

24.如权利要求23所述的换能器，其特征在于，所述第一环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

25.如权利要求23所述的换能器，其特征在于，所述第一减振槽结构还包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第三环形凹槽，所述第三环形凹槽的直径大于所述第二环形凹槽的直径。

26.如权利要求20所述的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽，所述第二减振槽结构包括若干第一减振孔，各所述第一减振孔沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，且各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径；

所述第一减振孔的深度大于所述第四环形凹槽的深度。

27.如权利要求26所述的换能器，其特征在于，所述第四环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

28.如权利要求26所述的换能器，其特征在于，所述第一减振槽结构还包括开设于所述法兰的前端面的若干第二减振孔，各所述第二减振孔沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第六环形凹槽；各所述第二减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径，各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第六环形凹槽的直径；所述第一减振孔和所述第二减振孔错开布置；

所述第二减振孔的深度大于所述第六环形凹槽的深度。

29.如权利要求28所述的换能器，其特征在于，所述第六环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

30.如权利要求20所述的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括若干第一弧形槽，所述第二减振槽结构包括若干第二弧形槽，所述第一弧形槽及第二弧形槽均为朝所述法兰径向外侧凸起的圆弧段；

且各所述第一弧形槽沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径比各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径小。

31.如权利要求30所述的换能器，其特征在于，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第五环形凹槽，所述第五环形凹槽的直径小于各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径，且大于各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径；

且所述第一弧形槽的深度和第二弧形槽的深度均大于所述第五环形凹槽的深度。

32.如权利要求1-7中任一项所述的换能器，其特征在于，所述换能器包括变幅杆及安装于所述变幅杆后端的压电振子，所述变幅杆的前端用于与加工工具连接，所述法兰一体成型于所述变幅杆的外周上。

33.如权利要求1-3任一项所述的换能器，其特征在于，所述法兰的后端面开设有用于与超声波装置本体紧固连接的安装孔。

34.一种超声波刀柄，其特征在于，包括刀柄本体、无线信号接收装置及如权利要求1-33中任一项所述的换能器；

所述刀柄本体为所述超声波装置本体，所述刀柄本体的后端用于与机床主轴连接，所述刀柄本体的前端开设有内腔，所述无线信号接收装置安装于所述刀柄本体的外周上并用于与外部设置的无线信号发射装置通信连接，所述换能器与所述无线信号接收装置电连接，所述换能器的后端安装于所述内腔内，且所述法兰与所述刀柄本体固定相连。

35.如权利要求34所述的超声波刀柄，其特征在于，所述法兰的外周一体成型有凸起部，设于所述凸起部的外缘的焊接位与所述刀柄本体的所述内腔的侧壁焊接。

36.如权利要求35所述的超声波刀柄，其特征在于，还包括压盖，所述刀柄本体的内腔侧壁上设置有台阶，所述法兰的后端面连接于所述台阶，所述压盖套设于所述换能器的外周并连接所述法兰的前端面。

37.如权利要求36所述的超声波刀柄，其特征在于，还包括减振垫，所述减振垫设于所述法兰的后端面和所述台阶之间或者所述减振垫设于所述法兰的前端面和所述压盖之间。

38.如权利要求37所述的超声波刀柄，其特征在于，所述减振垫由耐高温材料制成。

39.如权利要求37所述的超声波刀柄，其特征在于，还包括销钉，所述销钉的两端分别安装于所述台阶及所述法兰的后端面，以连接所述刀柄本体及所述法兰。