[发明专利]超磁致伸缩棒形椭圆复合振动换能器及换能方法

说明书

本发明属于超声加工技术领域，涉及一种超磁致伸缩棒形椭圆复合振动换能器及其换能方法，换能器包括从上往下依次连接的后盖板、导磁筒、外壳以及变幅杆；导磁筒内设置振动部件；外壳内设置楔形块，且所述外壳的尺寸稍大于楔形块的尺寸；振动部件的一端与后盖板相接触，振动部件的另一端通过楔形块与变幅杆相接触；后盖板、振动部件以及楔形块通过预紧螺栓固定；楔形块包括两个斜面；一个斜面与变幅杆的端面相接触；另一个斜面与振动部件的端面相垂直，两个斜面之间的夹角为10～60°。本发明通过楔形块将单一方向的振动转换成两个方向的椭圆复合振动，振动功率大且效果好，结构简单，并可对换能器的振动频率和椭圆振动轨迹进行调整。

技术领域

本发明属于超声加工技术领域，涉及一种超磁致伸缩棒形椭圆复合振动换能器及其换能方法。

背景技术

超声加工技术在硬脆性材料加工方面有着广泛的应用，传统的超声加工很多采用单一振动形式，随着超声振动理论与实践的不断改进和完善，椭圆振动形式得到发展，与常规超声振动加工相比，椭圆振动在硬脆性材料加工方面有很大优势，它不仅可以有效降低切削力与切削温度，并且能够显著提高工件的加工质量、刀具的耐用度和加工系统的稳定性。

目前主要有两种方法产生椭圆振动，一种是采用两组或两组以上的压电陶瓷片来激发产生具有一定相位的两个或多个振动模态，另一种是由两个换能器在两个方向分别施加纵向超声振动实现椭圆振动输出，但必须配备至少两路超声驱动电源信号，控制各路超声驱动电源信号之间的相位差，超声振动系统和控制系统的结构复杂、不易控制且成本高；另外，压电换能器的功率容量小，难以实现大功率大振幅的超声振动输出，制约了在工业生产中的应用。

发明内容

针对现有换能器振动形式单一、输出功率小以及结构复杂的技术问题，本发明提供一种超磁致伸缩棒形椭圆复合振动换能器及其换能方法，能实现椭圆复合振动、振动功率大且效果好、结构简单。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超磁致伸缩棒形椭圆复合振动换能器，包括从上往下依次连接的后盖板、导磁筒、外壳以及变幅杆；所述导磁筒内设置振动部件；所述外壳内设置楔形块，且所述外壳的尺寸稍大于楔形块的尺寸；所述振动部件的一端与后盖板相接触，振动部件的另一端通过楔形块与变幅杆相接触；所述后盖板、振动部件以及楔形块通过预紧螺栓固定。

进一步的，所述楔形块包括两个斜面；一个斜面与变幅杆的端面相接触；另一个斜面与振动部件的端面相垂直，所述两个斜面之间的夹角为10～60°。

进一步的，所述振动部件包括超磁致伸缩棒以及套设在超磁致伸缩棒外部的线圈；所述超磁致伸缩棒的轴向与导磁筒的轴向相平行；所述超磁致伸缩棒两端由中间向两端依次设置永磁体以及导磁块；所述后盖板、超磁致伸缩棒以及楔形块通过预紧螺栓固定。

所述超磁致伸缩棒形椭圆复合振动换能器还包括设置在导磁筒与外壳之间的导磁片。

一种超磁致伸缩棒形椭圆复合振动换能器的换能方法是：向换能器通电后，振动部件将电能转化成动能，并通过楔形块将单一方向上的振动转化成两个方向的椭圆复合振动并通过楔形块调节椭圆复合振动的频率和振幅，传递给变幅杆。

进一步的，所述具体换能方法是：向超磁致伸缩棒上的线圈施加交变电流产生交变磁场，超磁致伸缩棒在交变磁场下产生单一方向的伸缩振动，并通过导磁块和楔形块将超磁致伸缩棒产生的单一方向上的振动转换成大振幅的两个方向上的椭圆复合振动传递给变幅杆。

进一步的，在换能器换能过程中通过楔形块的直径和夹角来调整振动频率以及振动振幅大小。

进一步的，所述楔形块的直径大于导磁块的宽度且小于换能器振动频率所对应的四分之一波长。

本发明的有益效果是：