一種復合振動變幅桿的制作方法

本實用新型涉及超聲振動輔助加工裝置，特別涉及一種復合振動變幅桿。

背景技術：

超聲加工技術是一種將超聲振動用于精密或超精密加工的新技術，并在特殊材料的加工中做出了突出貢獻。其聲振裝置振動輸出的方向和形式對加工質量和加工效率有著重要的影響，實驗證明在復合振動模態下得到的加工質量要優于其在單一振動模態下的。復合振動模態有縱彎復合振動、縱扭復合振動、彎扭復合振動，其中研究縱扭復合振動較多。

目前實現縱扭復合振動的裝置有切向極化的壓電陶瓷換能器、利用周向的磁致伸縮扭轉換能器、縱振推挽式振動裝置、螺旋溝槽式振動裝置、斜槽式振動裝置等。其中切向極化的壓電陶瓷換能器和利用周向的磁致伸縮扭轉換能器的功率容量有限，很難滿足大功率加工的要求。縱振推挽式振動裝置在實現整個振動裝置的旋轉十分困難，不能滿足高速旋轉加工中的要求。螺旋溝槽式振動裝置影響共振頻率的結構參數很多，縱扭轉換的模型在理論上建立困難，所以實際應用中對輸出參數無法精確的確定與控制。斜槽式振動裝置結構簡單、使用方便，但不能很好的滿足高強度、大切削量的加工。

技術實現要素：

為了更適應復雜加工環境并克服上述現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種復合振動變幅桿，能夠更高效率地傳遞縱扭復合振動。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的：

一種復合振動變幅桿，包括大等截面圓柱桿2,大等截面圓柱桿2通過圓錐型變截面桿3與小等截面圓柱桿4連接，圓錐型變截面桿3縱向上設有帶連接螺紋孔9的節面法蘭盤8，小等截面圓柱桿4的另一端連接傳振桿5，傳振桿5上開設圓環斜槽6，傳振桿5末端設有外螺紋7，外螺紋7與刀具連接器13一端的螺紋孔10連接，刀具連接器13另一端通過錐孔11和螺紋孔12與刀具進行連接。

所述的大等截面圓柱桿2另一端設置有一體成型的螺柱1。

所述的圓環斜槽6在傳振桿5的等截面位置均勻分布3-6個，各圓環斜槽6間相互平行，圓環斜槽6的寬度以及相鄰斜槽間的距離都要小于一個振動波長。

本實用新型的突出創新點是：

(1)將高效復合變幅桿的主體設計成等截面圓柱桿2、4，圓錐型變截面桿3，傳振桿5的結構，通過圓柱—圓錐—圓柱—傳振桿的一體加工，使得整個變幅桿實現類似于圓錐型變幅桿和階梯型變幅桿組合的功能，既可發揮圓錐型變幅桿形狀因素好的優點，還可兼顧階梯型變幅桿放大系數較大的優點。

(2)超聲波發生器產生的超聲頻電能由換能器轉化為振動系統的機械能，其傳遞的縱向振動波形先通過圓柱—圓錐—圓柱的放大，接著通過傳振桿5上開設的圓環斜槽6，轉換成縱向振動波形和橫向振動波形，整個高效復合振動變幅桿末端振動形式即為縱扭共振。

(3)刀具連接器13一端的螺紋孔10與復合振動變幅桿外螺紋7連接，另一端通過錐孔11和螺紋孔12與刀具進行連接。錐孔11與刀具錐面接觸，螺紋將變幅桿與刀具拉緊。采用錐孔11既滿足變幅桿與刀具經常拆卸的要求有保證了波形的有效傳遞。

附圖說明

圖1是本實用新型的振動變幅桿主體結構示意圖。

圖2是本實用新型的刀具連接器示意圖。

圖3是本實用新型的整體裝配圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的基本原理及工作過程進行說明。

一種復合振動變幅桿(圖3)，由復合振動變幅桿(圖1)和高效刀具連接器(圖2)組成，二者通過螺紋連接。

參照圖1，一種復合振動變幅桿，包括大等截面圓柱桿2、圓錐型變截面桿3、小等截面圓柱桿4以及傳振桿5，為避免應力集中，小等截面圓柱桿4與傳振桿5通過小圓弧過渡。通過圓柱—圓錐—圓柱—傳振桿的一體加工，使得整個變幅桿實現類似于圓錐型變幅桿和階梯型變幅桿組合的功能但沒有連接環節的能量損失，既可發揮圓錐型變幅桿形狀因素好的優點還可兼顧階梯型變幅桿放大系數較大的優點；圓錐型變截面桿3縱向上設有帶連接螺紋孔9的節面法蘭盤8，法蘭盤8用于整個變幅桿與支座的連接，法蘭盤8上的連接螺紋孔9與支座通過螺栓固定；小等截面圓柱桿4的另一端連接傳振桿5，傳振桿5上開設圓環斜槽6，傳振桿5末端設有外螺紋7。參照圖2，外螺紋7與刀具連接器13一端的螺紋孔10連接，刀具連接器13另一端通過錐孔11和螺紋孔12與刀具進行連接。

所述的大等截面圓柱桿2另一端設置有一體成型的螺柱1，實現與換能器的連接，減少了傳統方法中換能器與變幅桿同開螺紋孔再用螺桿連接這一環節，通過調整該變幅桿在換能器中的旋入深度，可保證其與換能器的無縫配合，確保這一連接環節能量的高效傳遞。

所述的圓環斜槽6在傳振桿5的等截面位置均勻分布3-6個，各圓環斜槽6間相互平行，圓環斜槽6的寬度以及相鄰斜槽間的距離都要小于一個振動波長。經圓柱—圓錐—圓柱桿放大的縱波傳到斜槽位置處經斜槽的反射和折射作用產生切向分量，振動方向發生變化，經過各個斜槽后效果疊加，在整個變幅桿的末端實現縱向振動和扭轉振動共同作用。

所述的高效刀具連接器13左端的螺紋孔10與設計的復合振動變幅桿小端的外螺紋7連接；右端設有錐孔11和螺紋孔12。連接器13與刀具通過螺紋連接拉緊，連接器13的錐孔面11必須經過研磨加工，未來與之搭配的刀具需在末端車出外螺紋和錐面并對錐面進行研磨，可保證兩錐面接觸面積大于90％，確保了傳遞到刀具的能量。

本實用新型的工作原理為：

超聲加工技術的聲振設備一般由超聲波發生器、換能器、本實用新型的變幅桿組成，換能器將超聲波發聲器提供的電信號轉化為縱向振動的簡諧波機械信號，變幅桿對換能器傳遞過來的縱向振動信號進行放大和傳遞。本實用新型變幅桿設計中復合振動變幅桿就通過圓柱—圓錐—圓柱的放大，接著通過傳振桿5上開設的圓環斜槽6，轉換成縱向振動波形和橫向振動波形，最后變幅桿末端振動形式即為縱扭共振。

在工具端面需要較大的振動速度和幅度時，需要采用多節組合變幅桿才能達到要求。圓錐型變截面桿3形狀因素好且便與加工，階梯型變幅桿放大系數較大，本實用新型的主體就是大等截面圓柱桿2通過圓錐型變截面桿3與小等截面圓柱桿4連接，類似于圓錐型變幅桿和階梯型變幅桿的組合，但沒有連接環節的能量損失，在復合振動變幅桿傳遞后的縱向振動波形將會有很明顯的放大效果。

傳振桿5縱扭振動的實現是基于薄板振動理論和超聲波的反射、折射現象，經過圓柱—圓錐—圓柱放大后的縱向振動波傳到傳振桿斜槽6位置時，斜槽6的存在使波的傳播介質發生改變，由于波的反射和折射現象使其在軸向和周向同時產生振動分量，但又由于波長遠遠大于槽寬，軸向和周向的波在斜槽處疊加后在傳振桿末端產生縱扭振動。

刀具連接器13依靠螺紋拉緊—錐面配合的方式與刀具實現連接，刀具連接器13的錐孔11必須經過研磨加工，未來與之搭配的刀具需在末端車出外螺紋和錐面并對錐面進行研磨，可保證兩錐面接觸面積大于90％，這就可以保證經由傳振桿5傳遞的縱扭振動傳遞到刀具不會大量損失。