本發(fā)明涉及換能器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器及其工作模式。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)超聲加工是利用電主軸或刀柄的高速旋轉(zhuǎn)能量與超聲波能量共同作用，對(duì)材料去除的一種新型加工方式。當(dāng)前，包括陶瓷、碳化硅、藍(lán)寶石等硬脆性材料已經(jīng)逐漸廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，比如手機(jī)中框、后蓋板等3c消費(fèi)品。硬脆性材料由于具有高強(qiáng)度、高韌性、高脆性等材料特性，傳統(tǒng)加工方法存在很多問(wèn)題，比如崩邊、產(chǎn)生火花、斷刀等，有些材料根本無(wú)法加工。旋轉(zhuǎn)超聲加工被認(rèn)為是這類硬脆性材料加工的最有潛力的解決方案。超聲能量是旋轉(zhuǎn)超聲加工中最為關(guān)鍵的參數(shù)，其起到提高加工效率、提高刀具壽命、提高加工質(zhì)量等作用。換能器(transducer)是超聲加工中提供超聲能量的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其工作原理為利用壓電逆效應(yīng)將頻率電信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻超聲振動(dòng)，并將超聲能傳輸?shù)奖患庸げ牧?。換能器作為超聲能量傳遞的載體，其工作性能直接影響到加工品質(zhì)、刀具壽命、加工效率等。不同的材料需要不同的加工頻率與振幅，需要精確控制換能器的超聲能量傳遞與振動(dòng)模式。

當(dāng)前使用的超聲加工換能器都是單一頻率的換能器，一般在20-30khz或50-60khz頻段。當(dāng)加工不同的材料時(shí)，如果采用單一的頻率，其加工的效果并不理想。因此，對(duì)多頻率的超聲換能器與加工方式，工業(yè)界提出很實(shí)際的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、合理，可以實(shí)現(xiàn)在兩種超聲振動(dòng)頻率下切換工作的雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為：一種雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器，其包括工具頭、筒夾、變幅桿、壓電陶瓷和預(yù)緊螺絲組件，變幅桿上按由前至后呈臺(tái)階狀依次增大形成第一臺(tái)階軸部、第二臺(tái)階軸部和第三臺(tái)階軸部，所述第一臺(tái)階軸部的前端部設(shè)有彈力夾頭，所述工具頭插入彈力夾頭，所述筒夾套設(shè)在彈力夾頭上并使彈力夾頭將工具頭夾緊；變幅桿的尾端部徑向凸起形成一節(jié)環(huán)；該節(jié)環(huán)是換能器與外部件的聯(lián)接與安裝的位置，也是其振動(dòng)為零的節(jié)點(diǎn)位置，以減少超聲能量的最小受外界所影響。壓電陶瓷通過(guò)預(yù)緊螺絲組件設(shè)置在變幅桿的尾端面；所述變幅桿的長(zhǎng)度為21～40mm，所述壓電陶瓷的長(zhǎng)度為6～9mm。壓電陶瓷產(chǎn)生第一頻率超聲振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述變幅桿工作，從而帶動(dòng)所述工具頭產(chǎn)生超聲波機(jī)械振動(dòng)；其中所述第一頻率超聲振動(dòng)的頻率為20～30khz，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為半波長(zhǎng)；所述壓電陶瓷產(chǎn)生第二頻率超聲振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述變幅桿工作，從而帶動(dòng)所述工具頭產(chǎn)生超聲波機(jī)械振動(dòng)；其中所述第二超聲振動(dòng)的頻率為50～60khz，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為全波長(zhǎng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述變幅桿和節(jié)環(huán)為一體連接結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述預(yù)緊螺絲組件包括鎖緊螺絲和后蓋板，變幅桿的尾端面中心位置軸向凸起形成安裝凸臺(tái)，不僅裝配效果好，且保證超聲能量的傳遞路徑，提升超聲能量傳遞效率，具有良好的工作性能。該安裝凸臺(tái)的中心位置設(shè)有與鎖緊螺絲相適配的螺紋孔，壓電陶瓷放置在安裝凸臺(tái)上，所述后蓋板放置在壓電陶瓷的背面，所述鎖緊螺絲依次貫穿后蓋板和壓電陶瓷，并擰入螺紋孔鎖緊。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷的數(shù)量為多塊，各相鄰壓電陶瓷之間采用高粘性材料進(jìn)行粘接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷、變幅桿和預(yù)緊螺絲組件的中心線在同一直線上。

一種上述的雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器的工作模式，所述雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器產(chǎn)生第一頻率超聲振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述變幅桿工作，從而帶動(dòng)所述工具頭產(chǎn)生超聲波機(jī)械振動(dòng)；其中所述第一頻率超聲振動(dòng)的頻率為20～30khz，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為半波長(zhǎng)；或所述雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器產(chǎn)生第二頻率超聲振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述變幅桿工作，從而帶動(dòng)所述工具頭產(chǎn)生超聲波機(jī)械振動(dòng)；其中所述第二超聲振動(dòng)的頻率為50～60khz，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為全波長(zhǎng)。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，通過(guò)合理設(shè)定變幅桿和壓電陶瓷的長(zhǎng)度以及變幅桿的結(jié)構(gòu)形狀，使得工具頭在雙頻率下能穩(wěn)定高效的工作，只需要在驅(qū)動(dòng)器程序軟件上進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，便可以根據(jù)不同加工需求來(lái)選擇低頻或高頻率的工作模式，從而實(shí)現(xiàn)使用合適的頻率來(lái)進(jìn)行材料加工，使工作達(dá)到理想的加工效果，有效保證加工效果，提升產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)可以通過(guò)筒夾便能快速更換不能功能的工具頭，操作簡(jiǎn)易，且裝配精度高，定位效果好，另外整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，利于廣泛推廣應(yīng)用。

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的分解結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明提供的一種雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器，其包括工具頭1、筒夾2、變幅桿3、壓電陶瓷4和預(yù)緊螺絲組件5，變幅桿3上按由前至后呈臺(tái)階狀依次增大形成第一臺(tái)階軸部31、第二臺(tái)階軸部32和第三臺(tái)階軸部33，所述第一臺(tái)階軸部31的前端部設(shè)有彈力夾頭34，所述工具頭1插入彈力夾頭34，所述筒夾2套設(shè)在彈力夾頭34上并使彈力夾頭34將工具頭1夾緊；第三臺(tái)階軸部33的尾端部徑向凸起形成一節(jié)環(huán)35；較佳的，所述變幅桿3和節(jié)環(huán)35為一體連接結(jié)構(gòu)，連接牢固，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。所述節(jié)環(huán)35上呈圓心對(duì)稱設(shè)有多個(gè)安裝孔，有效地減少了超聲能量與外部件擴(kuò)散或避免外部振動(dòng)信號(hào)的干擾，確保了超聲能量有效傳遞到工具頭1上，提升加工效果。該節(jié)環(huán)35是換能器與外部件的聯(lián)接與安裝的位置，也是其振動(dòng)為零的節(jié)點(diǎn)位置，以減少超聲能量的最小受外界所影響。壓電陶瓷4通過(guò)預(yù)緊螺絲組件5設(shè)置在變幅桿3的尾端面。所述變幅桿3的長(zhǎng)度為21～40mm，所述壓電陶瓷4的長(zhǎng)度為6～9mm。通過(guò)合理設(shè)定變幅桿3和壓電陶瓷4的長(zhǎng)度以及變幅桿3的結(jié)構(gòu)形狀，使得工具頭1在雙頻率下能穩(wěn)定高效的工作。

具體的，所述預(yù)緊螺絲組件5包括鎖緊螺絲51和后蓋板52，第三臺(tái)階軸部33的尾端面中心位置軸向凸起形成安裝凸臺(tái)，不僅裝配效果好，且保證超聲能量的傳遞路徑，提升超聲能量傳遞效率，具有良好的工作性能。該安裝凸臺(tái)的中心位置設(shè)有與鎖緊螺絲51相適配的螺紋孔，壓電陶瓷4放置在安裝凸臺(tái)上，所述后蓋板52放置在壓電陶瓷4的背面，所述鎖緊螺絲51依次貫穿后蓋板52和壓電陶瓷4，并擰入螺紋孔鎖緊。較佳的，還在所述后蓋板52與壓電陶瓷4之間設(shè)有絕緣墊片53，不僅絕緣效果好，也使得配合更為牢固、緊密。

本實(shí)施例中，所述壓電陶瓷4優(yōu)選為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，具有更優(yōu)良的壓電和介電性能。

具體的，所述壓電陶瓷4的數(shù)量為多塊，各相鄰壓電陶瓷4之間采用高粘性材料進(jìn)行粘接。以用利于超聲能量最大傳輸。

所述壓電陶瓷4、變幅桿3和預(yù)緊螺絲組件5的中心線在同一直線上，進(jìn)而提升的超聲能量效率。在本實(shí)施例中，所述后蓋板52與壓電陶瓷4的外表面粗糙度為0.4，所述變幅桿3表面的粗糙度為0.8，這樣盡可能地減少超聲能量的損耗與寄生模態(tài)的生成。

一種上述的雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器的工作模式，所述雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器產(chǎn)生第一頻率超聲振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述變幅桿3工作，從而帶動(dòng)所述工具頭1產(chǎn)生超聲波機(jī)械振動(dòng)；其中所述第一頻率超聲振動(dòng)的頻率為20～30khz，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為半波長(zhǎng)；或所述雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器產(chǎn)生第二頻率超聲振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述變幅桿3工作，從而帶動(dòng)所述工具頭1產(chǎn)生超聲波機(jī)械振動(dòng)；其中所述第二超聲振動(dòng)的頻率為50～60khz，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為全波長(zhǎng)。

工作時(shí)，當(dāng)超聲驅(qū)動(dòng)電路裝置發(fā)射第一頻率（低頻）電信號(hào)時(shí)，雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器產(chǎn)生第一超聲振動(dòng)頻率，所述第一超聲振動(dòng)頻率為20-30khz，帶動(dòng)所述變幅桿3工作，從而帶動(dòng)所述工具頭1工作，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為半波長(zhǎng)。

同理，當(dāng)超聲驅(qū)動(dòng)電路裝置發(fā)射第二頻率（高頻）電信號(hào)時(shí)，雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器產(chǎn)生第二超聲振動(dòng)頻率，所述第二超聲振動(dòng)頻率為50-60khz，帶動(dòng)所述變幅桿3工作，從而帶動(dòng)所述工具頭1工作，此時(shí)雙頻率超聲振動(dòng)加工換能器為全波長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)工具頭1在雙頻率下能穩(wěn)定高效的工作，只需要在驅(qū)動(dòng)器程序軟件上進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，便可以根據(jù)不同加工需求來(lái)選擇低頻或高頻率的工作模式，靈活性高，適用范圍廣，給生產(chǎn)使用帶來(lái)方便。

根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制，采用與其相同或相似的其它換能器，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。