本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)超聲加工領(lǐng)域，具體為一種縱彎復(fù)合旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)異形變幅桿。

背景技術(shù)：

1、目前，二維超聲振動(dòng)輔助加工裝置一般有工具振動(dòng)和工件振動(dòng)兩大類，在旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)輔助加工當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)二維超聲振動(dòng)輔助加工裝置一般是采用二維工件振動(dòng)或者是工件一維振動(dòng)和工具一維振動(dòng)的復(fù)合振動(dòng)模式；而工件振動(dòng)受到工件的限制，使用工具振動(dòng)可以克服這一缺點(diǎn)；對(duì)于二維超聲工具振動(dòng)輔助加工裝置，一般有兩種，單激勵(lì)二維超聲工具振動(dòng)和多激勵(lì)二維超聲工具振動(dòng)，而多激勵(lì)二維超聲工具振動(dòng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜所以不適合于旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)輔助加工；單激勵(lì)超聲工具振動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)二維超聲振動(dòng)有兩種方式：一種是通過改變壓電陶瓷的振動(dòng)形式，另一種是通過改變變幅桿的形狀，由于這類變幅桿的形狀不對(duì)稱，質(zhì)量偏心嚴(yán)重，因此，這類變幅桿很難應(yīng)用于二維旋轉(zhuǎn)超聲工具振動(dòng)輔助加工的場(chǎng)景下。

2、公開號(hào)為cn211940132u的中國實(shí)用新型專利，公開了一種縱振轉(zhuǎn)彎超聲振動(dòng)變幅桿，該裝置包括輸入部、彎振輸出部、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部、分振孔和非對(duì)稱凹槽，該裝置可以實(shí)現(xiàn)將輸入部單一縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為彎曲振動(dòng)；公開號(hào)為cn117086648a的中國發(fā)明專利，公開了一種控制橢圓振動(dòng)形態(tài)的變幅桿，該裝置包括輸入部、輸出部、圓弧過渡段，該裝置可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)圓弧過渡段偏心距離的不同得到不同形態(tài)大小的橢圓振動(dòng)軌跡；公開號(hào)為cn115056046a的中國發(fā)明專利，公開了一種二維壓電異形變幅桿超聲研拋裝置，該裝置包括換能器、預(yù)緊螺栓、聯(lián)接桿、柔性桿、異形變幅桿，該裝置可以實(shí)現(xiàn)縱彎振動(dòng)的同時(shí)，提供由于重力變化導(dǎo)致的諧振頻率漂移和縱彎振動(dòng)方向的位移補(bǔ)償；公開號(hào)為cn110212425a的中國發(fā)明專利，公開了超聲單激勵(lì)橢圓振動(dòng)磨削設(shè)計(jì)方法及裝置，該裝置包括換能器、變幅桿、預(yù)應(yīng)力螺栓、螺帽、杯型砂輪，該裝置可以實(shí)現(xiàn)縱-彎-縱三種振型的復(fù)合，形成橢圓陣型的振動(dòng)軌跡。

3、上述專利均可以實(shí)現(xiàn)變幅桿前端的縱彎二維振動(dòng)，但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性導(dǎo)致難以在旋轉(zhuǎn)加工的系統(tǒng)當(dāng)中與旋轉(zhuǎn)工具一起使用，因?yàn)樾D(zhuǎn)加工系統(tǒng)輸出的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)有的變幅桿由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱而引起的質(zhì)心偏心，因此在旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的動(dòng)不平衡問題，或者是結(jié)構(gòu)太過于復(fù)雜，不適用于與旋轉(zhuǎn)加工工具一同使用，亦或是縱彎振動(dòng)的實(shí)現(xiàn)依賴于與變幅桿連接的工具的形狀，使應(yīng)用范圍受到了很大的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有超聲振動(dòng)縱彎變幅桿在旋轉(zhuǎn)超聲領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)不平衡、依賴工具形狀等問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、旋轉(zhuǎn)動(dòng)平衡、可控制二維縱彎振動(dòng)軌跡的變幅桿，不同的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的截面積比的變幅桿調(diào)節(jié)縱彎振動(dòng)軌跡用于旋轉(zhuǎn)超聲輔助加工。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種縱彎復(fù)合旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)異形變幅桿，變幅桿從輸入部至輸出部依次為單激勵(lì)縱向振動(dòng)輸入部、變幅桿傳遞部、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部、動(dòng)平衡分振部、縱彎復(fù)合輸出部；其中，所述的單激勵(lì)縱向振動(dòng)輸入部、變幅桿傳遞部、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部以及縱彎復(fù)合輸出部同軸設(shè)置，且單激勵(lì)縱向振動(dòng)輸入部、變幅桿傳遞部、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部以及縱彎復(fù)合輸出部均為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述的動(dòng)平衡分振部包括橫截面積不同的彎振子結(jié)構(gòu)和縱振子結(jié)構(gòu)，所述的彎振子結(jié)構(gòu)和縱振子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量相等，且彎振子結(jié)構(gòu)和縱振子結(jié)構(gòu)的質(zhì)心關(guān)于變幅桿旋轉(zhuǎn)軸的軸線對(duì)稱設(shè)置；所述的縱振子結(jié)構(gòu)由截面不同的第一縱振子和第二縱振子組成。本發(fā)明的彎振子結(jié)構(gòu)和縱振子結(jié)構(gòu)使得所述的動(dòng)平衡分振部的質(zhì)量中心需要在所述變幅桿旋轉(zhuǎn)軸上，彎振子結(jié)構(gòu)用于使所述的變幅桿振動(dòng)分布不均勻，產(chǎn)生彎曲振動(dòng)分量；所述的彎振子結(jié)構(gòu)將縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為彎曲振動(dòng)，所述的縱振子結(jié)構(gòu)使縱向振動(dòng)向前端傳遞。所述的動(dòng)平衡分振部的彎振子結(jié)構(gòu)和所述分振結(jié)構(gòu)的縱振子結(jié)構(gòu)兩部分相互配合，將從所述輸入部的單激勵(lì)縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為縱彎復(fù)合振動(dòng)。

4、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的彎振子結(jié)構(gòu)的縱截面為梯形或者類梯形的結(jié)構(gòu)；所述的第一縱振子和第二縱振子為橫截面不變的方形結(jié)構(gòu)。其中，彎振子結(jié)構(gòu)的兩端截面積的比用于影響所述變幅桿的彎曲振動(dòng)大??；當(dāng)所述彎振子結(jié)構(gòu)靠近前端的截面積與所述彎振子結(jié)構(gòu)靠近后端的截面積的比變大時(shí)，所述變幅桿的彎曲振動(dòng)的振幅變大。

5、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的動(dòng)平衡分振部的質(zhì)心在變幅桿旋轉(zhuǎn)軸的軸線上。

6、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的動(dòng)平衡分振部的靠近振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部的端面的徑向尺寸小于等于振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部的裝夾機(jī)構(gòu)的徑向尺寸。

7、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的縱彎復(fù)合輸出部通過裝夾連接機(jī)構(gòu)連接工具，所述工具的徑向尺寸小于等于輸出部徑向尺寸的二分之三；因?yàn)閺较虺叽邕^大，會(huì)影響桿的整體諧振頻率，并且砂輪的軸向尺寸也不應(yīng)該過長，如果要長的話，那需要保證砂輪的徑向尺寸要比輸出端軸向尺寸小很多，以便形成局部共振。

8、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的變幅桿傳遞部包括三部分，沿著從輸入部至輸出部的方向，依次是第一圓柱、圓臺(tái)和第二圓柱；所述第一圓柱的直徑等于圓臺(tái)的最小直徑，所述第二圓柱的直徑等于圓臺(tái)的最大直徑；通過這種設(shè)計(jì)盡可能保證變幅桿的連續(xù)性，減少應(yīng)力集中和振動(dòng)損耗，變幅桿傳遞部的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行增加或者減少。

9、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部包括裝夾機(jī)構(gòu)，為連接盤或者連接法蘭。

10、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述縱彎復(fù)合輸出部連接旋轉(zhuǎn)加工用的刀具，縱彎復(fù)合輸出部為一個(gè)連接軸，沿著連接軸的軸線方向設(shè)置有連接孔。

11、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，連接軸靠近振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部的端面的徑向尺寸小于所述的彎振子結(jié)構(gòu)靠近縱彎復(fù)合輸出部的端面的徑向尺寸的兩倍。

12、第二方面，本發(fā)明還提供了一種縱彎復(fù)合旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)異形變幅桿，所述變幅桿從輸入部至輸出部依次為單激勵(lì)縱向振動(dòng)輸入部、變幅桿傳遞部、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部、動(dòng)平衡分振部、縱彎復(fù)合輸出部；其中，所述的單激勵(lì)縱向振動(dòng)輸入部、變幅桿傳遞部、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部以及縱彎復(fù)合輸出部同軸設(shè)置，且單激勵(lì)縱向振動(dòng)輸入部、變幅桿傳遞部、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)部以及縱彎復(fù)合輸出部均為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)；所述的動(dòng)平衡分振部包括縱振子結(jié)構(gòu)和彎振子結(jié)構(gòu)，所述的彎振子結(jié)構(gòu)包括第一彎振子、第二彎振子和第三彎振子，縱振子結(jié)構(gòu)為一個(gè)圓柱體，所述的第一彎振子、第二彎振子對(duì)稱的設(shè)置在靠近圓柱體端面的位置；所述的第三彎振子位于圓柱體的側(cè)面的中心位置，且第一彎振子、第二彎振子的質(zhì)量之和等于第三彎振子的質(zhì)量，且第一彎振子、第二彎振子的合質(zhì)心與第三彎振子的質(zhì)心關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸軸對(duì)稱。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

14、本發(fā)明提供一種縱彎復(fù)合旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)異形變幅桿，不但可以傳遞超聲振動(dòng)，改變超聲振動(dòng)振幅的大小，而且可以改變振動(dòng)方式，將單激勵(lì)縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為縱彎復(fù)合振動(dòng)，避免旋轉(zhuǎn)過程的動(dòng)不平衡問題。

15、本發(fā)明提供的一種縱彎復(fù)合旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)異形變幅桿，其縱彎復(fù)合輸出部可以直接連接任何需要旋轉(zhuǎn)又需要縱彎振動(dòng)的工具頭，實(shí)現(xiàn)縱彎振動(dòng)的同時(shí)又可以避免傳統(tǒng)的縱彎變幅桿旋轉(zhuǎn)時(shí)造成的動(dòng)不平衡問題；單激勵(lì)縱向振動(dòng)換能器可以通過本發(fā)明專利提供的一種基于動(dòng)平衡的旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)縱彎復(fù)合變幅桿，間接驅(qū)動(dòng)需要旋轉(zhuǎn)的工具頭進(jìn)行縱彎振動(dòng)。本發(fā)明專利提供的一種縱彎復(fù)合旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)異形變幅桿，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣。