一种超声扭振装置

技术领域

本发明涉及超声加工装置，尤其涉及一种超声扭振装置。

背景技术

超声加工是对刀具或工件施加高频振动的加工方法，由于具有切削力小，成型表面质量高，刀具磨损小等特点，在硬脆材料和难加工材料加工中得到了广泛的应用。早期的旋转超声振动加工一般都是采用纵向超声振动，普通纵向超声运动轴向冲击大，一般只能用金刚石磨粒刀具，应用中存在较大的限制。而纵扭超声振动则不受加工刀具的影响，可以采用硬质合金刀具及金刚石磨粒刀具，但是纵扭超声振动中实现纵扭振动的装置存在纵扭比例不好调控、轴向振动大容易引起刀具的崩刀和磨损、纵扭转换效率偏低等问题。基于以上情况，在超声铣削、超声磨削等加工中希望消除或控制刀具的轴向振动，则刀具实现扭转输出的扭振装置能解决上述问题。

然而，目前实现扭转输出的装置分为两种，一是利用切向极化的压电陶瓷的通过剪切形变实现扭振；二是利用Wiedemann效应给磁致伸缩材料施加纵向和周向的磁场，使其产生沿轴向伸缩的同时激发出扭转波。但切向极化的陶瓷片在极化技术上过程复杂，装置稳定性较差并且难以实现大功率的输出；利用Wiedemann效应的磁致伸缩装置要通过两个方向的磁场激励，磁致伸缩材料也需要取向处理，在制造上磁场的控制与材料的取向都有一定的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种超声扭振装置，通过设置斜槽结构，实现扭振装置的扭转输出。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超声扭振装置，包括采用磁致伸缩材料制作而成的第一圆环、采用金属材料制作而成的第二圆环和采用金属材料制作而成的变幅杆，所述第二圆环套在所述变幅杆的外部并紧配合，所述第一圆环套在所述第二圆环的外部并实现紧配合，所述第二圆环绕圆周方向均匀设有多个与径向存在夹角的径向斜槽，在第一圆环的磁致伸缩材料被激励时产生径向波，径向波经过斜槽生成新的径向波和横向波，两种波合成周向波分量使第二圆环做面内的旋转运动，第二圆环的周向波分量通过变幅杆沿轴向传递至输出端，使整个扭振装置的谐振模态为扭转模态。

优选的，所述斜槽开在所述第二圆环上，沿第二圆环的径向并呈所述夹角，贯通所述第二圆环的上、下表面。

优选的，所述斜槽还贯通所述第二圆环的外周表面或内周表面。

优选的，所述斜槽开在所述第二圆环上，沿第二圆环的径向并呈所述夹角，贯通所述第二圆环的内、外周表面。

优选的，所述第二圆环的内周表面或外周表面还设有封闭壁，以使所述斜槽成通向所述第二圆环的内周表面或外周表面的盲孔。

优选的，所述斜槽由所述第二圆环沿径向并呈所述夹角延伸到所述变幅杆上。

优选的，在所述第一圆环上还沿所述第一圆环的厚度方向打若干孔，作为绕线孔。

优选的，所述第一圆环为截面呈四边形的圆环，所述圆环为一整个圆环、多个扇形粘成的圆环或圆环薄片粘成的圆环中的任一种。

优选的，所述第二圆环与所示变幅杆制作成一个整体。

本发明还提出一种超声扭振装置，包括采用磁致伸缩材料制作而成的第一圆环、采用金属材料制作而成的变幅杆，所述第一圆环套在所述变幅杆的外部并实现紧配合，所述变幅杆在与所述第一圆环套接的配合部分绕圆周方向均匀设有多个与径向存在夹角的径向斜槽，在第一圆环的磁致伸缩材料被激励时产生径向波，径向波经过斜槽生成新的径向波和横向波，两种波合成周向波分量使所述变幅杆在与所述第一圆环套接的配合部分做面内的旋转运动，该周向波分量通过变幅杆沿轴向传递至输出端，使整个扭振装置的谐振模态扭转模态。

本发明具有如下有益效果：磁致伸缩材料制成的第一圆环被激励时，产生径向波，径向波经过斜槽生成新的径向波和横向波，两种波合成周向波分量使第二圆环做面内的旋转运动，第二圆环上的周向波分量通过变幅杆沿轴向传递至输出端，整个扭振装置的谐振模态为扭转模态，实现扭转输出。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明实施例一的爆炸图；

图2为本发明实施例一的立体图；

图3为本发明实施例一的俯视图

图4为本发明实施例一的第二圆环的立体图；

图5为本发明实施例一的第二圆环的俯视图；

图6为本发明实施例一的第一圆环的结构示意图，其中图6(a)为一整个圆环，图6(b)为多个扇形粘成的圆环，图6(c)为环形薄片粘成的圆环；

图7为本发明实施例二的爆炸图；

图8为本发明实施例二的立体图；

图9为本发明实施例二的俯视图

图10为本发明实施例二的第二圆环的立体图；

图11为本发明实施例二的第二圆环的俯视图；

图12为本发明实施例二的第一圆环上的绕线孔示意图；

图13为本发明实施例三的立体图；

图14为本发明实施例三的第二圆环与变幅杆部分的俯视图；

图15为本发明实施例四的立体图；

图16为本发明实施例四的第二圆环与变幅杆部分的俯视图；

图17为本发明实施例五的变幅杆的立体图。

图中各主要部件的代号为：第一圆环1、第二圆环2、变幅杆3、斜槽4、绕线孔5、第二圆环和变幅杆合成的整体6。

具体实施方式

下面将结合本发明装置中的附图，对本发明装置中的具体实施方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的装置，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明装置中，需要理解术语：“径向斜槽”、“开槽方式”、“由上往下”、“由外往内”、“径向波”、“扭转波”、“扭转模态”等指示的描述参数，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所示的装置的固有名称，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

参见图1至6所示，为本发明的实施例一，本发明的一种超声扭振装置，包括采用磁致伸缩材料制作而成的第一圆环1、采用金属材料制作而成的第二圆环2和采用金属材料制作而成的变幅杆3，所述第二圆环2套在所述变幅杆3的外部并紧配合，所述第一圆环1套在所述第二圆环2的外部并实现紧配合，所述第二圆环2绕圆周方向均匀设有多个与径向存在夹角的径向斜槽4，在第一圆环1的磁致伸缩材料被激励时产生径向波M1，径向波M1经过斜槽4生成新的径向波M2和横向波M3，两种波合成周向波分量使第二圆环2做面内的旋转运动，第二圆环2的周向波分量通过变幅杆3沿轴向传递至输出端，使整个扭振装置的谐振模态为扭转模态。

本实施例中，所述斜槽4的开槽方式是沿第二圆环2的径向并呈所述夹角由上往下开在所述第二圆环2上，所述斜槽4贯穿第二圆环2的上、下表面。所述斜槽4还贯通所述第二圆环2的外周表面形成开口41。如图6所示，在本实施例中，所述第一圆环1的结构可选一整个圆环、多个扇形粘成的圆环或圆环薄片粘成的圆环任一一种。

实施例二

参见图7至12所示，为本发明的实施例二，与实施例一的不同之处在于，所述斜槽4的开槽方式是沿第二圆环2的径向并呈所述夹角由外往内开在所述第二圆环2上，贯通所述第二圆环的内、外周表面形成内开口42和外开口43。在本实施例中，为方便后期绕线，可在所述第一圆环1上打孔，作为绕线孔5。

实施例三

参见图13及图14所示，为本发明的实施例三，与实施例一的不同之处在于，所述第二圆环2与所述变幅杆3制作成为一个整体6。

实施例四

参见图15及图16所示，为本发明的实施例四，与实施例二的不同之处在于，所述第二圆环2与所述变幅杆3制作成为一个整体6，斜槽4由所述第二圆环2延伸至所述变幅杆3。

进一步的，上述实施例中，当第二圆环2与变幅杆3是两个单独的零件时，第二圆环2和变幅杆3可以选择相同或不同的金属材料制作，材料需要满足声阻抗小且具有一定的强度等要求，如6061Al、H85黄铜、45钢等。

进一步的，上述实施例中，当第二圆环2与变幅杆3是两个单独的零件时，第二圆环2与变幅杆3可以通过锥面连接或键连接。

实施例五

参见图17所示，为本发明的实施例五的变幅杆，本发明还提供了另一种超声扭振装置，包括采用磁致伸缩材料制作而成的第一圆环(图中未示出)、采用金属材料制作而成的变幅杆3，所述第一圆环套在所述变幅杆3的外部并实现紧配合，所述变幅杆3在与所述第一圆环套接的配合部分绕圆周方向均匀设有多个与径向存在夹角的径向斜槽4，在第一圆环的磁致伸缩材料被激励时产生径向波，径向波经过斜槽4生成新的径向波和横向波，两种波合成周向波分量使所述变幅杆3在与所述第一圆环套接的配合部分做面内的旋转运动，该周向波分量通过变幅杆沿轴向传递至输出端，使整个扭振装置的谐振模态为扭转模态。

本实施例中，所述斜槽4是直接开在所述变幅杆3上；所述斜槽4的开槽方式是沿所述变幅杆3的径向由外往内开槽。

进一步的，上述实施例一至五中的斜槽4的结构均可以加工成矩形、楔形或复合图形(如圆角矩形)等。

进一步地，上述实施例一至五中的变幅杆3可以是实心或空心的。

可见，本发明提出的一种超声扭振装置，通过斜槽结构生成新的径向波和横向波，两种波合成周向波使第二圆环做面内的旋转运动，第二圆环上的周向波通过扭转模态的变幅杆沿轴向传递至输出端，整个扭振装置的谐振模态为扭转模态，实现扭转输出。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。