DE10108575A1 - Ultraschallschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung - Google Patents

Ultraschallschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung

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DE10108575A1
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Abstract

Bei einem Ultraschalltorsionswandler zur Ultraschallbearbeitung ist ein Ultraschalltorsionswandler so aufgebaut, daß der gesamte vordere Körper einstückig bzw. zusammenhängend auf axialsymmetrische Weise gebildet ist, wobei seine Gesamtlänge auf die halbe Wellenlänge entsprechend der Resonanzfrequenz festgesetzt ist, wobei ein stufenversehener kreisförmiger Säulenabschnitt zur Einstellung der Frequenz im vorderen Körper vorgesehen ist und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers ein Werkzeugbefestigungsabschnitt vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Torsionsschwingungs­ vorrichtung zur Ultraschallbearbeitung, mit der ein Schneid-, Schleif- und Bohrvorgang oder dergleichen bei Metallmaterial, Verbund- oder Compositwerkstoff, Glas, Keramik oder derglei­ chen ausgeführt wird.
Eine herkömmliche Torsionsschwingungsvorrichung zur Ultra­ schallbearbeitung ist, wie in Fig. 4 gezeigt, so aufgebaut, daß ein Ultraschallwandler 1, ein Koppel- bzw. Übertragungs­ stück (Schwingungsübertragungskonus) 2 und ein Horn 3, die dieselbe Torsionsschwingungsresonanzfrequenz haben, mittels Bolzen 4 und 5 verbunden sind, und ein Werkzeugbefestigungs­ abschnitt 6 ist im vorderen Endabschnitt des Horns 3 vorge­ sehen. Der Ultraschallwandler 1 ist ein mittels Bolzen ge­ klemmter Wandler vom Langevin-Typ und ist so aufgebaut, daß ein durch ein piezoelektrisches Element 1C für eine Torsions­ schwingung durchgehender Bolzen 1E und eine Elektrode 1D mit einem zentralen Schraubloch in einem vorderen Körper 1A und hinteren Körper 1B geklemmt sind, um das piezoelektrische Element 1C und die Elektrode 1D zwischen dem vorderen Körper 1A und dem hinteren Körper 1B zu klemmen.
Die in Fig. 4 gezeigte Schwingungsvorrichtung, ein im Koppel­ stück 2 vorgesehener Flansch 2A (eine Position entsprechend einem Schwingungsknoten), ist an einem Tisch, wie einem Schneidwerkzeugtisch oder dergleichen, befestigt. Die Ampli­ tude des Ultraschallwandlers 1 wird durch das Koppelstück 2 und das Horn 3 vergrößert für eine Übertragung zu einem Werk­ zeug 7, das an dem Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 befestigt ist.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Schwingungsvorrichtung ist der Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 mit einem Schraubenaufnahme­ abschnitt 6A versehen, und eine Spannzange 8 mit Schlitzen für das Werkzeug 7 wird in den Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 eingebracht, so daß sie durch Eingriff eines Schraubsteck­ abschnitts 8A im Basisende der Spannzange 8 mittels Verjüngung mit dem Schraubenaufnahmeabschnitt 6A verbunden wird, wodurch das Werkzeug 7 und die Spannzange 8 am Werkzeugbefestigungs­ abschnitt 6 angebracht werden können.
Die Vorrichtung gemäß Stand der Technik hat die folgenden Probleme:
  • 1. Die Längen des Ultraschallwandlers 1, des Koppelstücks 2 (eines verstärkenden Übertragungskörpers mit Aufweitung und Kompression der Ultraschallschwingung) und des Horns 3 sind jeweils die halbe (X/2) Resonanzfrequenz. Die Gesamtlänge der Schwingungsvorrichtung, mit der sie verbunden sind, ist zwei Drittel Wellenlängen. Die Länge und übermäßige Masse der Schwingungsvorrichtung erfordert einen großen Raum für den Einbau in der Bearbeitungsvorrichtung. Eine Bearbeitungsvor­ richtung mit großer Abmessung ist insbesondere für kleine Ar­ beiten unzweckmäßig.
  • 2. Der Feststellvorgang für die entsprechenden Längen des Ultraschallwandlers 1, Übertragungsstücks 2 und des Horns 3 auf die halbe Wellenlänge bei derselben Resonanzfrequenz wird ausgeführt, indem ein Schneidevorgang wiederholt wird. Die Formen des Ultraschallwandlers 1, des Übertragungsstücks 2 und des Horns 3 und ein Meßvorgang der Resonanzfrequenz (nach empirisch-praktischer Methode - trial and error) erfordern bei dem Prozeß viel Mühe.
  • 3. Da der Durchmesser des Scheibenaufnahmeabschnitts 6A im Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 nicht groß sein kann, ist es nicht möglich, die Spannzange 8 in den Werkzeugbefestigungs­ abschnitt 6 fest einzubringen, um eine Verjüngungsverbindung zu erzielen, somit ist es schwer, die Montagefestigkeit des Werkzeugs 7 zu verbessern. Da weiter die Spannzange 8 gegen den Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 gedreht wird, wird ein Verschiebeabrieb in den Verjüngungsverbindeabschnitt zwischen dem Werkzeugbefestigungsabschnitt 6 und der Spannzange 8 ver­ größert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einstellung einer Resonanzfrequenz zu erleichtern und die Abmessung der Schwingungsvorrichtung kompakt zu machen. Dabei soll die Schwingungsamplitude der Schwingungsvorrichtung leicht ver­ größert werden können. Auch soll eine Spannzange leicht und sicher angebracht werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Torsionsschwin­ gungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schwin­ gungsvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit eine Torsions­ schwingungsvorrichtung für eine Ultraschallbearbeitung mit einem vorderen Körper und einem hinteren Körper vorgesehen, die ein piezoelektrisches Element für eine Torsionsschwingung halten. Dazwischen ist eine Elektrodenplatte angeordnet, wobei ein mittels Bolzen geklemmter Ultraschalltorsionswandler vom Langevin-Typ verwendet wird, gebildet durch Eingreifen eines durch das piezoelektrische Element und die Elektrodenplatte verlaufenden Bolzens mit zentralen Schraublöchern am vorderen Körper und am hinteren Körper. Der Ultraschalltorsionswandler ist mit axialsymmetrischem zusammenhängendem bzw. integralem Aufbau in einem Loch des vorderen Körpers gebildet, wobei des­ sen Gesamtlänge der halben Resonanzfrequenz entspricht. Ein mit Stufen versehener kreisförmiger Säulenabschnitt zur Ein­ stellung einer Frequenz ist im vorderen Körper vorgesehen und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers ist ein Werk­ zeugbefestigungsabschnitt vorgesehen.
Die Erfindung wird im folgenden weiter aus der untenstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und aus der begleitenden Zeichnung ersichtlich, die jedoch die Erfindung nicht ein­ schränken sollen, sondern lediglich zu deren Erläuterung und Verständnis dienen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine Torsionsschwin­ gungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A und 2B schematische Ansichten, die einem Werkzeugbe­ festigungsabschnitt der Torsionsschwingungsvorrich­ tung zur Ultraschallbearbeitung zeigen;
Fig. 3 ein Diagramm einer Resonanzfrequenz-Einstelllinie; und
Fig. 4 eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches Ausführungsbeispiel zeigt.
Eine Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung 10 besteht aus einem mittels Bolzen geklemmten Ultraschalltor­ sionswandler 10A vom Langevin-Typ, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Der Ultraschalltorsionswandler 10A ist so aufgebaut, daß ein durch piezoelektrische Ultraschalltorsionsschwingelemente 13 und 14 und Elektrodenplatten 15, 16 und 17 durchtretender Bolzen 18 mit zentralen Schraublöchern in einem vorderen Kör­ per 11 und einem rückwärtigen Körper 12 auf solche Weise ge­ klemmt ist, daß er die piezoelektrischen Elemente 13 und 14 und die Elektrodenplatten 15, 16 und 17 zwischen dem vorderen Körper 11 und dem hinteren Körper 12 hält.
Der vordere Körper 11 des Ultraschalltorsionswandlers 10A wird durch maschinelle Bearbeitung eines einzelnen Metallkörpers, so daß dieser Stufen aufweist, und einen Abschnitt 21 mit großem Durchmesser (Radius r1) mit demselben Durchmesser wie diejenigen des hinteren Körpers 12 und der piezoelektrischen Elemente 13 und 14 erhalten. Ein Abschnitt 22 mit kleinem Durchmesser (Radius r2) ist über einen Flanschabschnitt 21A mit dem Abschnitt 21 mit großem Durchmesser verbunden. Ein mit Stufen versehener kreisförmiger Säulenabschnitt 23 (Radius r3) ist mit dem mittleren Abschnitt 22 mit kleinem Durchmesser verbunden und ein vorderer Endabschnitt 24 mit kleinem Durch­ messer (Radius r4) ist mit dem stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitt 23 verbunden. Die Elemente können ganz zusam­ menhängend (integral) auf axialsymmetrische Weise aufgebaut sein.
Der Ultraschalltorsionswandler 10A ist so aufgebaut, daß seine Gesamtlänge die halbe Wellenlänge (λ/2) der Resonanzfrequenz (λ) ist. Die Länge kann zwischen dem Abschnitt 21 mit großem Durchmesser des vorderen Körpers 11 und dem hinteren Körper 12 auf L1 festgesetzt werden, wobei entsprechende Längen des mittleren Abschnitts 22 des vorderen Körpers 11 mit kleinem Durchmesser, des stufenversehenen kreisförmigen Säulenab­ schnitts 23 und des Abschnitts 24 des vorderen Endes mit klei­ nem Durchmesser auf L2, L3 und L4 festgesetzt werden, womit der Flanschabschnitt 21A zwischen dem Abschnitt 21 mitgroßem Durchmesser und dem mittleren Abschnitt 22 mit kleinem Durch­ messer auf einen Schwingungsknoten (einen feststehenden Punkt eines Schneidwerkzeugtisches oder dergleichen der Bearbei­ tungsvorrichtung) (Fig. 1) festgesetzt wird und die Formeln L1 = λ/4, L2 + L3 + L4 = λ/4 aufgestellt werden.
Weiter ist der Ultraschalltorsionswandler 10A mit einem sich verjüngenden, lochförmigen Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 im vorderen Ende und einem Abschnitt 24 des vorderen Körpers 11 mit kleinem Durchmesser versehen. Dann wird eine Spannzange mit Schlitzen 31 (das Bezugszeichen 31A bezeichnet eine sich verjüngende Fläche und das Bezugszeichen 31B bezeichnet einen Schlitz) genommen, an der ein Werkzeug 30 wie ein Bohrer oder dergleichen befestigt ist, und unter Druck in den Werkzeug­ befestigungsabschnitt 25 eingesetzt. Dieser kann dadurch, daß er einer Vortriebskraft einer Spangenzangenbefestigungsvor­ richtung 32, die mittels einer im stufenversehenen kreisförmi­ gen Säulenabschnitt 23 des vorderen Körpers 11 vorgesehenen Schraube 23A geklemmt ist, an der vorderen Endfläche der Spannzange 31 in einem Zustand fest angebracht werden, bei dem er in den Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 eingesetzt wird, wie in Fig. 2A gezeigt ist. Die Spannzangenbefestigungsvor­ richtung 32 wird unmittelbar nach Anbringen der Spannzange 31 am Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 von der Schraube 23A des stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts 23 getrennt und erzeugt keine Last für die Schwingung. Wenn das Werkzeug 30 entfernt wird, kann die Spannzange 31 vom Werkzeugbefesti­ gungsabschnitt 25 abgenommen werden, indem eine Vortriebksraft einer Spannzangenentfernungsvorrichtung 33 aufgebracht wird, die mit einer Schraube 31C der Spannzange 31 an der vorderen Endfläche des vorderen Endabschnitts 24 des vorderen Körpers 11 mit kleinem Durchmesser geklemmt ist, wie in Fig. 2B gezeigt ist. Weiter kann der Ultraschalltorsionswandler 10A die Resonanzfrequenz des Ultraschalltorsionswandlers 10A auf eine in Fig. 3 gezeigte Weise einstellen, indem der stufen­ versehene kreisförmige Säulenabschnitt 23 des vorderen Körpers 11 zu einer Anordnung bzw. zu einem Aufbau zur Einstellung einer Frequenz und Einstellung von deren Länge L3 gemäß einem Schneidvorgang oder dergleichen festgesetzt wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten horizontalen Achse ist die verwendete Länge L2 des mittleren Abschnitts 22 mit kleinem Durchmesser dadurch vergrößert, daß die Länge L3 des stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts 23 fortgelassen ist. Da der Ultraschalltorsionswandler 10A in diesem Fall so aufgebaut ist, daß der stufenversehene kreisförmige Säulenabschnitt 23 mit der Schraube 23A für die Spannzangenbefestigungsvorrich­ tung 32 wie oben erwähnt versehen ist und deren Durchmesser (2r3) nicht geschnitten werden kann, wird der Aufbau so ausge­ führt, daß dessen Länge L3 eingestellt wird, jedoch kann der Durchmesser des stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts 23 gemäß einer Schneidebetätigung oder dergleichen verstellt werden, um die Resonanzfrequenz einzustellen.
Wenn die die Beziehungen r2 = r4 und r3 = nr2 hergestellt werden und eine Wellenlängenkonstante der entsprechenden Elemente 21 bis 24 auf β (β = 2πf/C, f: Frequenz und c: Schallgeschwindig­ keit) festgesetzt werden, kann im vorderen Körper 11 die Fre­ quenzbedingung des Ultraschalltorsionswandlers 10A durch die folgende Formel (1) erhalten werden.
Wenn ein Baumaterial oder ein Bestandteil des vorderen Körpers 11 als Titanlegierung festgelegt wird und die Relationen L2 + L3 = 20 mm, L4 = 10 mm und n = 1,125 in der Formel (1) aufgestellt werden, ändert sich die Resonanzfrequenz des Ultraschalltor­ sionswandlers 10A in bezug auf L2 wie in Fig. 3 gezeigt. Das heißt, es ist bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A möglich, eine gewünschte Resonanzfrequenz durch Fortlassen der Länge L3 des stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts 23 im vor­ deren Körper 11 einzustellen und die Länge L2 des mittleren Abschnitts 22 mit kleinem Durchmesser zu vergrößern.
Als nächstes wird eine Beschreibung einer Amplitudenaufweit­ rate des Ultraschalltorsionswandlers 10A gegeben.
  • A) Dadurch, daß die Durchmesser (2r2, 2r3 und 2r4) sämt­ licher Abschnitte (des mittleren Abschnitts 22 mit kleinem Durchmesser, des stufenversehenen kreisförmigen Säulenab­ schnitts 23 und des vorderen Endabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser) in der vorderen Endseite ausgehend vom Flansch­ abschnitt 21A des vorderen Körpers 11 kleiner als der Durch­ messer (2r1) des hinteren Körpers 12 gemacht werden, ist es bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A möglich, die Amplitu­ denvergrößerungsrate Mf des Ultraschalltorsionswandlers 10A zu vergrößern. Die Amplitudenaufweitrate Mf kann durch die fol­ gende Formel (2) ausgedrückt werden, wenn der Ultraschalltor­ sionswandler 10A denselben Zustand hat bzw. dieselben Bedin­ gungen erfüllt wie bei der oben erwähnten Formel (1) und der vordere Körper 11 und der hintere Körper 12 aus demselben Material hergestellt sind.
    Indem die Durchmesser der entsprechenden Elemente in der vor­ deren Endseite des Flanschabschnitts 21A des vorderen Körpers 11 kleiner als der Durchmesser des hinteren Körpers 12 gemacht wird, wird gemäß der Formel (2) die Amplitudenvergrößerungs­ rate Mf im Verhältnis zur dritten Potenz des Durchmesserver­ hältnisses (r1/r4) vergrößert.
  • B) Dadurch, daß die Schallimpedanz des hinteren Körpers 12 größer als die Schallimpedanz des vorderen Körpers 11 gemacht wird, kann bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A die Ampli­ tudenvergrößerungsrate Mb des Ultraschalltorsionswandlers 10A vergrößert werden. Bei dem Ultraschalltorsionswandler 10A kann die Amplitudenvergrößerungsrate Mb durch die Elemente in der Rückflächenseite ausgehend vom Flansch 21A des vorderen Kör­ pers 11, das heißt des Abschnitts 21 mit großem Durchmesser, den piezoelektrischen Elementen 13 und 14 und dem hinteren Körper 12 durch die folgende Formel (3) erhalten werden. Man kann die Durchmesser der entsprechenden Elemente 21, 13, 14 und 12 auf denselben Durchmesser (2r1) festsetzen, wobei eine Länge, eine Impedanz und eine Wellenlängenkonstante des Ab­ schnitts 21 mit großem Durchmesser auf La, Za und ba festge­ setzt werden, eine Gesamtlänge, eine Impedanz und eine Wellen­ längenkonstante der piezoelektrischen Elemente 13 und 14 auf Lb, Zb und βb festgesetzt werden, eine Länge, eine Impedanz und eine Wellenlängenkonstante des hinteren Körpers 12 auf Lc, Zc und βc festgesetzt werden und K auf eine Konstante festgesetzt wird.
Es besteht die Annahme, daß in Formel (3) die piezoelektri­ schen Elemente 13 und 14 aus PZT (Bleizirkonattitanat) be­ stehen (Za ≒ Zb und Lb = 10 mm), besteht der vordere Körper 11 (der Abschnitt 21 mit großem Durchmesser) aus einer Titanle­ gierung und der hintere Körper 12 besteht aus rostfreiem Stahl (SUS316). Da die Schallimpedanz Zc von SUS316 (dem hinteren Körper 12) größer als die Schallimpedanz Za der Titanlegierung (des vorderen Körpers 11) ist (Zc ≒ 2Za), ist die Amplituden­ vergrößerungsrate Mb bei derselben Resonanzfrequenz 1,2mal im Vergleich zu dem Aufbau vergrößert, der dadurch gebildet ist, daß in beiden Fällen, d. h. beim vorderen Körper 11 und hinte­ rem Körper 12, dieser aus Titanlegierung besteht.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können daher die folgenden Wirkungen erzielt werden.
  • 1. Der dem Koppelstück und dem Horn bei der herkömmlichen Vorrichtung entsprechende Aufbau ist zusammenhängend bzw. integral mit dem vorderen Körper 11 des Ultraschalltorsions­ wandlers 10A gebildet. Die Gesamtlänge ist auf die halbe Wel­ lenlänge der Resonanzfrequenz verkürzt und der Werkzeugbe­ festigungsabschnitt 25 ist in dessen vorderem Endabschnitt vorgesehen. Demgemäß ist es möglich, die gesamte Länge der Schwingungsvorrichtung 10 kompakt auszuführen (ein Drittel der herkömmlichen Länge).
  • 2. Der stufenversehene kreisförmige Säulenabschnitt 23 zur Einstellung der Frequenz ist im vorderen Körper 11 des Ultra­ schalltorsionswandlers 10A vorgesehen. Demgemäß ist es mög­ lich, die Mühe und den Arbeitsgang zur Einstellung der Reso­ nanzfrequenz zu verringern.
  • 3. Da der Durchmesser des vorderen Körpers 11 des Ultra­ schalltorsionswandlers 10A in der vorderen Endseite ausgehend vom Flansch 21A kleiner als derjenige des hinteren Körpers 12 gemacht ist, kann die Schwingungsamplitude der Schwingungsvor­ richtung 10 leicht vergrößert werden (auf die dritte Potenz des Durchmesserverhältnisses), indem die Formen des vorderen Körpers 11 und des hinteren Körpers 12 ausgewählt werden. Wenn demgemäß die Gesamtlänge des Ultraschalltorsionswandlers 10A gemäß Punkt (1) verkürzt wird, kann die Schwingungsamplitude auf einen Pegel gleich dem herkömmlichen oder größer als dieser vergrößert werden.
  • 4. Da die Schallimpedanz des hinteren Körpers 12 des Ultra­ schalltorsionswandlers 10A größer als die Schallimpedanz des vorderen Körpers 11 gemacht ist, kann die Schwingungsamplitude der Schwingungsvorrichtung 10 leicht durch Auswahl des Mate­ rials des vorderen Körpers 11 und des hinteren Körpers 12 ver­ größert werden.
  • 5. Die Schraube 23A zur Anbringung der Spannzange 31 am Werkzeugbefestigungsabschnitt 25 ist im stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitt 23 im vorderen Körper 11 des Ultraschalltorsionswandlers 10A vorgesehen. Es ist demgemäß möglich, die Spannzange 31 leicht und sicher anzubringen.
Wie zuvor erläutert wurde, sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben worden. Jedoch sind die speziellen Kon­ figurationen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind diejenigen mit einer Abwandlung der Konstruktion im Bereich der vorliegenden Erfindung auch mitenthalten.
Wie oben erwähnt, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung mög­ lich, die Gesamtlänge der Schwingungsvorrichtung kompakt aus­ zuführen und es zu erleichtern, die Resonanzfrequenz einzu­ stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiter möglich, die Schwingungsamplitude der Schwingungsvorrichtung leicht zu vergrößern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiter möglich, die Spannzange leicht und sicher zu befestigen.
Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Bei einem Ultraschalltorsionswandler zur Ultraschallbearbeitung ist ein Ultraschalltorsionswandler so aufgebaut, daß der gesamte vor­ dere Körper einstückig bzw. zusammenhängend auf axialsymme­ trische Weise gebildet ist, wobei seine Gesamtlänge auf die halbe Wellenlänge entsprechend der Resonanzfrequenz festge­ setzt ist, wobei ein stufenversehener kreisförmiger Säulenab­ schnitt zur Einstellung der Frequenz im vorderen Körper vorge­ sehen ist und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers ein Werkzeugbefestigungsabschnitt vorgesehen ist.
Obwohl die Erfindung in bezug auf mehrere exemplarische Aus­ führungsbeispiele veranschaulicht und erläutert worden ist, ist es für Fachleute selbstverständlich, daß das obenstehende und zahlreiche weitere Änderungen, Fortlassungen oder Zusätze an den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne deren Bereich zu verlassen. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht so verstanden werden, daß sie auf spezielle oben dargelegte Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr derart, daß sie sämtliche mögliche Aus­ führungsbeispiele, die in einem darin enthaltenen Umfang ver­ körpert sein können, sowie deren Äquivalente in bezug auf die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale umfaßt.

Claims (6)

1. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung mit einem vorderen Körper (11) und einem hinteren Körper (12), die ein piezoelektrisches Element (13, 14) zur Torsionsschwin­ gung und eine Elektrodenplatte von (15, 16) dazwischen halten, und wobei ein mittels Bolzen geklemmter Ultraschalltorsions­ wandler vom Langevin-Typ verwendet wird, der gebildet ist durch Eingreifen eines durch das piezoelektrische Element (13, 14) durchtretenden Bolzens (18) und der Elektrodenplatte (15, 16) mit zentralen Schraublöchern am vorderen Körper (11) und hinteren Körper (12),
wobei der Ultraschalltorsionswandler so angeordnet und in axialsymmetrischem zusammenhängendem Aufbau insgesamt des vor­ deren Körpers (11) aufgebaut ist, wobei dessen Gesamtlänge gleich der halben Resonanzfrequenz entspricht, ein stufenver­ sehener kreisförmiger Säulenabschnitt (23) zur Einstellung einer Frequenz im vorderen Körper (11) vorgesehen ist und im vorderen Endabschnitt des vorderen Körpers (11) ein Werkzeug­ befestigungsabschnitt (25) vorgesehen ist.
2. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbei­ tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchmesser in der vorderen Endseite des vorderen Kör­ pers (11) kleiner als derjenige des hinteren Körpers (12) ist.
3. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schallimpedanz des hinteren Körpers (12) hö­ her als die Schallimpedanz des vorderen Körpers (11) festge­ setzt ist.
4. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Schraube (23A) zur Anbringung ei­ ner Spannzange (31) am Werkzeugbefestigungsabschnitt (25) im stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitt (23) des vor­ deren Körpers (11) vorgesehen ist.
5. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der vordere Körper (11) aus einer Titanlegierung besteht und der hintere Körper (12) aus rostfreiem Stahl be­ steht.
6. Torsionsschwingungsvorrichtung zur Ultraschallbearbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein stufenversehener kreisförmiger Säu­ lenabschnitt (23) im vorderen Körper (11) des Ultraschalltor­ sionswandlers gebildet ist und die Länge oder der Durchmesser der stufenversehenen kreisförmigen Säulenabschnitts (23) so eingestellt ist, daß die Resonanzfrequenz eingestellt wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008052326A1 (de) * 2008-10-20 2010-04-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks
EP3581303A4 (de) * 2017-02-10 2020-12-30 Uwave Co., Ltd. Instrument zur anwendung von ultraschallvibrationen und ultraschallverarbeitungsvorrichtung
CN113319316A (zh) * 2021-04-29 2021-08-31 上海工程技术大学 一种复合振动钻床
CN113843459A (zh) * 2021-10-25 2021-12-28 湖南工学院 一种用于高效精密超声磨削加工扬矿管螺纹的装置及其使用方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1493530A1 (de) * 2003-07-04 2005-01-05 HESS, Peter Werkzeugkopf mit piezoelektrischen Aktuatoren
WO2005049255A1 (ja) * 2003-11-20 2005-06-02 Kazumasa Ohnishi 機械加工装置
JP5036124B2 (ja) * 2004-03-31 2012-09-26 株式会社アサヒ・イー・エム・エス 超音波複合振動体とその振動体の形成方法
CN100479957C (zh) * 2004-07-02 2009-04-22 索尔有限公司 振动头-刀具
FR2890581B1 (fr) * 2005-09-14 2009-03-06 Airbus France Sas Dispositif de percage
JP4827170B2 (ja) * 2005-10-31 2011-11-30 Necトーキン株式会社 ボルト締めランジュバン型振動子
JP2008183626A (ja) * 2005-11-25 2008-08-14 Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai 超音波振動切削方法及びそれにより得られる繊維強化樹脂
WO2011112967A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Edison Welding Institute, Inc. Ultrasonic machining module
US8905689B2 (en) * 2010-04-29 2014-12-09 Edison Welding Institute Ultrasonic machining assembly for use with portable devices
JP2012210576A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Honda Electronic Co Ltd 超音波振動子
WO2017039709A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 Edison Industrial Innovation, Llc Closed-loop metalworking system
KR102417761B1 (ko) * 2014-09-05 2022-07-05 에디슨 웰딩 인스티튜트, 인코포레이티드 초음파 기계가공 모듈들과 함께 사용하기 위한 툴 어태치먼트 및 관통 스핀들 쿨란트 시스템들
CN106457308B (zh) * 2014-09-22 2019-07-30 奥林巴斯株式会社 振动产生单元、振动体单元以及超声波处置器具
CN108760026B (zh) * 2018-05-31 2023-05-26 河南理工大学 基于电容器原理的超声纵振及扭振测量方法及装置
JP7343941B2 (ja) 2021-06-17 2023-09-13 株式会社新川 超音波複合振動装置および半導体装置の製造装置
CN113649652A (zh) * 2021-08-20 2021-11-16 平顶山学院 可调无线传输式二维超声成形磨齿系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008052326A1 (de) * 2008-10-20 2010-04-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks
DE102008052326B4 (de) * 2008-10-20 2013-09-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine und Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks
EP3581303A4 (de) * 2017-02-10 2020-12-30 Uwave Co., Ltd. Instrument zur anwendung von ultraschallvibrationen und ultraschallverarbeitungsvorrichtung
CN113319316A (zh) * 2021-04-29 2021-08-31 上海工程技术大学 一种复合振动钻床
CN113843459A (zh) * 2021-10-25 2021-12-28 湖南工学院 一种用于高效精密超声磨削加工扬矿管螺纹的装置及其使用方法
CN113843459B (zh) * 2021-10-25 2023-10-20 湖南工学院 一种用于高效精密超声磨削加工扬矿管螺纹的装置及其使用方法

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