一种纯扭超声刀柄及其纯扭换能组件的制作方法

本发明涉及超声波加工，尤其涉及一种纯扭超声刀柄及其纯扭换能组件。

背景技术：

1、随着现代科技和工业不断发展，超声加工被发明与应用，超声振动加工具有减小切削力、切削温度、减小刀具磨损、提高加工零件质量和缩短加工时间等特点，现逐步推广应用在加工金属材料、硅基材料、陶瓷材料和复合材料等各领域上。而超声刀柄对金属材料进行铣削加工时，刀具围绕轴扭转的超声振动对加工金属的效果最好，沿轴向的单一振动对加工金属的效果差，甚至有时会产生负面效果。

2、现如今超声刀柄所用陶瓷片为圆环形陶瓷片，圆环压电陶瓷片的振动形式为径向振动，因此超声刀柄的刀具超声振动形式表现多为单一纵振。有部分超声刀柄通过在变幅杆上增加螺旋槽，使刀具超声振动形式变为纵扭复合振动，但此纵扭复合振动下依旧存在部分纵振，无法输出纯扭超声振动。使用现有圆环形陶瓷片实现纯扭转超声振动复杂，因此纯扭转超声振动加工装置在超声领域应用稀少，迫切需要一款能输出纯扭振的超声刀柄，用于加工金属材料领域。

3、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、为解决上述超声刀柄难以实现纯扭振动的问题，本发明提出一种纯扭超声刀柄及其纯扭换能组件。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种纯扭换能组件，包括纯扭变幅杆、固定环和多个激励换能器，所述纯扭变幅杆的前端用于连接刀具，在所述纯扭变幅杆的后端垂直于其轴向方向的第一平面上，以所述纯扭变幅杆的轴心为圆心沿圆周方向等间距开设多个扇形槽，所述扇形槽的数量与所述激励换能器的数量相同，且各所述激励换能器分别对应地固定连接在各所述扇形槽的同一侧的侧壁上，且各所述激励换能器的轴向方向分别平行于所述第一平面，所述固定环设置于各所述激励换能器的外侧。

4、优选地，所述固定环的内壁结构与所述纯扭变幅杆后端的各所述激励换能器形成的结构相对应，且各所述激励换能器的外端分别固定连接在所述固定环的内侧壁上。

5、优选地，各所述激励换能器与所述扇形槽的侧壁接触的一侧的轴心均位于以所述纯扭变幅杆的轴心为圆心的同一圆上。

6、优选地，所述纵扭变幅杆的后端圆柱直径为r1，且r1≤(r2+r3)/1.1；其中，r2为各所述激励换能器与所述扇形槽的侧壁接触的一侧的轴心所位于的以所述纯扭变幅杆的轴心为圆心的圆的直径，r3为所述激励换能器的外端圆柱直径。

7、优选地，所述激励换能器的数量为大于或等于4。

8、优选地，所述激励换能器的前端通过机米螺钉固定连接在所述扇形槽的侧壁上。

9、优选地，所述激励换能器包括后盖板、激励变幅杆、多个电极片和多个环形压电陶瓷片，所述激励变幅杆的前端固定连接在所述扇形槽的侧壁上，多个所述电极片和多个所述环形压电陶瓷片沿轴向交替排列固定设置于所述后盖板和所述激励变幅杆的后端之间。

10、第二方面，本发明公开了一种纯扭超声刀柄，包括刀柄外壳、无线接收器和第一方面所述的纯扭换能组件，所述刀柄外壳的前端开设空腔，所述纯扭换能组件的后端固定连接在所述空腔内，所述无线接收器固定连接在所述刀柄外壳的外侧壁上，且所述无线接收器分别与各所述激励换能器电连接。

11、优选地，所述纯扭超声刀柄还包括压盖，所述刀柄外壳的前端内壁处设有第一台阶，所述纯扭变幅杆的外壁上设有法兰，所述法兰卡顶在所述第一台阶处，所述压盖压合在所述法兰的外端面且固定连接在所述刀柄外壳的前端处。

12、优选地，所述刀柄外壳包括前壳和后壳，所述前壳的后端与所述后壳的前端固定连接，所述空腔开设于所述前壳上，且所述空腔连通所述前壳的前后两端，所述前壳的后端内壁处设有第二台阶，所述固定环的外径大于所述第二台阶的内径。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的纯扭超声刀柄及其纯扭换能组件，其中通过在纯扭变幅杆的后端垂直于其轴向方向的第一平面上以其自身的轴心为圆心沿圆周方向等间距连接多个激励换能器，使得各激励换能器能够激发出纯扭换能组件的纯扭阶振动模态，超声波沿纯扭变幅杆传输至刀具，使得刀具能够输出纯扭超声振动，解决了现有的超声刀柄难以实现纯扭振动的问题。

14、在进一步的方案中，本发明还具有以下有益效果：

15、(1)纵扭变幅杆的后端圆柱直径满足特定的要求，可以进一步使得激励换能器在该特定的条件下的力臂下产生最大的扭矩。

16、(2)在各激励换能器的外端固定连接有固定环，通过固定环可以抑制超声波单侧传播，使超声波传播沿纯扭变幅杆的轴向方向传播，从而使得激励源作用达到最大作用效果；而且，通过设计固定环也使得超声能力集中作用在激发纯扭换能组件的纯扭振动，通过纯扭换能组件将纯扭振动传至刀具，刀具终端输出纯扭振动。

1.一种纯扭换能组件，其特征在于，包括纯扭变幅杆、固定环和多个激励换能器，所述纯扭变幅杆的前端用于连接刀具，在所述纯扭变幅杆的后端垂直于其轴向方向的第一平面上，以所述纯扭变幅杆的轴心为圆心沿圆周方向等间距开设多个扇形槽，所述扇形槽的数量与所述激励换能器的数量相同，且各所述激励换能器分别对应地固定连接在各所述扇形槽的同一侧的侧壁上，且各所述激励换能器的轴向方向分别平行于所述第一平面，所述固定环设置于各所述激励换能器的外侧。

2.根据权利要求1所述的纯扭换能组件，其特征在于，所述固定环的内壁结构与所述纯扭变幅杆后端的各所述激励换能器形成的结构相对应，且各所述激励换能器的外端分别固定连接在所述固定环的内侧壁上。

3.根据权利要求1所述的纯扭换能组件，其特征在于，各所述激励换能器与所述扇形槽的侧壁接触的一侧的轴心均位于以所述纯扭变幅杆的轴心为圆心的同一圆上。

4.根据权利要求3所述的纯扭换能组件，其特征在于，所述纵扭变幅杆的后端圆柱直径为r1，且r1≤(r2+r3)/1.1；其中，r2为各所述激励换能器与所述扇形槽的侧壁接触的一侧的轴心所位于的以所述纯扭变幅杆的轴心为圆心的圆的直径，r3为所述激励换能器的外端圆柱直径。

5.根据权利要求1所述的纯扭换能组件，其特征在于，所述激励换能器的数量为大于或等于4。

6.根据权利要求1所述的纯扭换能组件，其特征在于，所述激励换能器的前端通过机米螺钉固定连接在所述扇形槽的侧壁上。

7.根据权利要求1所述的纯扭换能组件，其特征在于，所述激励换能器包括后盖板、激励变幅杆、多个电极片和多个环形压电陶瓷片，所述激励变幅杆的前端固定连接在所述扇形槽的侧壁上，多个所述电极片和多个所述环形压电陶瓷片沿轴向交替排列固定设置于所述后盖板和所述激励变幅杆的后端之间。

8.一种纯扭超声刀柄，其特征在于，包括刀柄外壳、无线接收器和权利要求1至7任一项所述的纯扭换能组件，所述刀柄外壳的前端开设空腔，所述纯扭换能组件的后端固定连接在所述空腔内，所述无线接收器固定连接在所述刀柄外壳的外侧壁上，且所述无线接收器分别与各所述激励换能器电连接。

9.根据权利要求8所述的纯扭超声刀柄，其特征在于，还包括压盖，所述刀柄外壳的前端内壁处设有第一台阶，所述纯扭变幅杆的外壁上设有法兰，所述法兰卡顶在所述第一台阶处，所述压盖压合在所述法兰的外端面且固定连接在所述刀柄外壳的前端处。

10.根据权利要求8所述的纯扭超声刀柄，其特征在于，所述刀柄外壳包括前壳和后壳，所述前壳的后端与所述后壳的前端固定连接，所述空腔开设于所述前壳上，且所述空腔连通所述前壳的前后两端，所述前壳的后端内壁处设有第二台阶，所述固定环的外径大于所述第二台阶的内径。