[实用新型]一种可拓展带宽的旋转超声加工装置

说明书

本实用新型公开一种可拓展带宽的旋转超声加工装置，包括换能器(1)、刀具(2)和组合式刀杆(3)，所述组合式刀杆(3)一端与换能器(1)相连，另一端与刀具(2)相连；组合式刀杆(3)包括套筒部、杆状部，套筒部与相应的杆状部能同轴心并联连接或是部分串联部分并联连接，两个杆状部能同轴心端面接触串联连接，形成所需要的组合式刀杆；并联连接时，套筒部套在杆状部的匹配的杆段上，且并联段内表面与杆段的外圆面相接触配合；套筒部和/或杆状部采用不同阻尼系数的阻尼材料制形成。本实用新型通过更换不同阻尼系数材料的零件，能够实现拓展振动系统的带宽。

技术领域

本实用新型涉及旋转超声加工装置技术领域，特别是涉及一种可拓展带宽的旋转超声加工装置。

背景技术

超声加工技术已经比较广泛地应用于功能陶瓷、光学玻璃和先进复合材料的加工，较好地解决了传统方法加工时产生的切削力大、切削温度高、加工表面质量差和刀具磨损严重等问题。超声加工机理是在传统切削过程基础上，利用超声加工振动系统为刀具施加上频率在15-40kHz范围内的超声波频率振动，通过超声复合轨迹的刀具的锤击、磨削和空化的复合作用，加工过程中的切削力和切削热大幅降低，从而有效地提高了加工表面质量并降低了刀具磨损。

实现上述超声加工优势的关键是在刀具上施加以较大振幅。超声加工振动系统的谐振频率与超声电源电信号频率一致时，输出振幅和系统功率均会达到最大值。当力热负载波动变化时，两者频率之间存在频率差，频率差越大，超声加工振动系统的输出振幅和系统功率越小。带宽则是指系统功率最大值一半所对应的两个频率之间的频率差，能够表征超声加工振动系统输出振幅受频率差影响的敏感程度。带宽越大，频率差导致的输出振幅降低的程度越小，但是其代价为振动系统的机械品质因数越低，能量损耗越大。

目前解决频率差造成的振幅降低的方法是使用具有频率跟踪功能的超声电源，自动调节超声电源电信号频率与振动系统谐振频率一致。但对于力热负载频繁变化而导致谐振频率频繁变化的振动系统而言，频率跟踪功能的跟踪速度依然较慢，最终导致振动系统在谐振和失谐状态之间频繁变换。

现有超声加工设备，均在追求极高的机械品质因数，导致振动系统带宽范围极窄，加工过程中的力热负载的波动造成超声加工振动系统谐振频率的波动，最终导致超声电源和振动系统之间失谐，输出振幅时有时无，加工稳定性和加工质量降低。

因此，需要开发一种装置，以便能按需要拓展换能器带宽，从根本上提高振动系统的稳定性，扩大带宽的同时保证适合的机械品质因数。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种可拓展带宽的旋转超声加工装置。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种可拓展带宽的旋转超声加工装置，包括换能器(1)、刀具(2)和组合式刀杆(3)，所述组合式刀杆(3)一端与换能器(1)相连，另一端与刀具(2)相连；所述组合式刀杆(3)包括套筒部、杆状部，所述套筒部与相应的杆状部能同轴心并联连接或是部分串联部分并联连接，两个所述杆状部能同轴心端面接触串联连接，形成所需要的组合式刀杆；并联连接时，所述套筒部套在所述杆状部的匹配的杆段上，且并联段内表面与所述杆段的外圆面相接触配合；所述套筒部和/或杆状部采用不同阻尼系数的阻尼材料制作形成。

作为进一步的方案，所述套筒部为并联套筒(3.1)，所述杆状部为并联杆(3.2)，所述并联套筒(3.1)套装在并联杆(3.2)上。

其中，所述并联杆(3.2)与刀具(2)连接，所述并联套筒(3.1)的端面直接或通过连接件与换能器(1)的振幅输出端面接触式相连；超声波传递过程中，并联套筒(3.1)的材料阻尼消耗部分超声波能量，降低机械品质因数，从而扩大带宽。

作为进一步的方案，所述杆状部为两个，包括第一串联杆(3.3)和第二串联杆(3.4)，所述第一串联杆(3.3)和第二串联杆(3.4)端面接触相连串接。