[发明专利]磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器

说明书

本发明公开了一种磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器,包括磁致伸缩材料件、变幅杆、第一电极片和第二电极片、线圈骨架和线圈，第一电极片和第二电极片分别设在磁致伸缩材料件两端，第二电极片设在变幅杆与磁致伸缩材料件之间并止抵变幅杆与磁致伸缩材料件，第一电极片与第二电极片与外界电连接以使磁致伸缩材料件内产生交变环向磁场，线圈骨架套设在磁致伸缩材料件外周，线圈绕设在线圈骨架上，线圈与外界电连接以使磁致伸缩材料件内形成交变轴向磁场，两磁场耦合激励磁致伸缩材料实现纵扭共振。该磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器的结构简单、紧凑，有利于实现小型化设计，并且可以增大输出功率和输出振幅，提高加工质量和加工效率。

技术领域

本发明涉及超声精密特种加工技术领域，更具体地，涉及一种磁致伸缩纵-扭复合超声振动换能器。

背景技术

在硬脆材料高速切削加工中，旋转超声加工(即工具头高速旋转的同时附加超声频机械振动)能够减小切削力，减轻刀具磨损，提高加工质量和加工效率。有关研究表明：工具头高速旋转的同时附加纵向和扭转超声频机械振动，即纵-扭复合超声振动，能进一步减小切削力，提高加工质量和加工效率。目前，实现扭振发生方式的有切向极化压电陶瓷直接激振和纵-扭模式转化两种。然而，以上两种方式在应用中的主要问题在于：

(1)切向极化压电陶瓷片的制备和加工难度大，组合使用切向极化和纵向极化压电陶瓷片制作的超声换能器的功率小，且扭转力矩在传递过程中损耗较大。

(2)模式转化式超声换能器多采用斜槽结构实现纵-扭转化。该装置能量转化效率低，且设计上存在难点，很难保证纵向振动和扭转振动共振。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明提出一种磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器，该磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器的结构简单、紧凑，有利于实现小型化设计，并且可以有效地减少能量损耗，在同等条件下增大了输出功率和输出振幅，提高加工质量和加工效率。

根据本发明实施例的磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器，包括外壳、磁致伸缩材料件、变幅杆、第一电极片和第二电极片、线圈骨架和线圈，所述磁致伸缩材料件沿所述外壳的轴向延伸地设在所述外壳内，所述变幅杆设在所述外壳的另一端并封闭所述外壳的另一端，所述第一电极片和所述第二电极片分别设在所述磁致伸缩材料件的两端并止抵所述磁致伸缩材料件，所述第二电极片设在所述变幅杆与所述磁致伸缩材料件之间并止抵所述变幅杆与所述磁致伸缩材料件，所述第一电极片与所述第二电极片与外界电连接以使所述磁致伸缩材料件内产生交变环向磁场，所述线圈骨架设在所述外壳内，所述线圈骨架与所述外壳相连且套设在所述磁致伸缩材料件外周，所述线圈绕设在所述线圈骨架上，所述线圈与外界电连接以使所述磁致伸缩材料件内形成交变轴向磁场，轴向磁场和纵向磁场耦合形成螺旋形磁场。

根据本发明实施例的磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器，通过将第一电极片和第二电极片分别止抵磁致伸缩材料件的两端，并且将线圈设在磁致伸缩材料件的外周，利用对第一电极片和第二电极片通电，间接地对磁致伸缩材料件通电以产生环形磁场，对线圈通电以产生轴向磁场，从而利用两个磁场耦合形成螺旋形磁场，在维德曼效应下，使得磁致伸缩材料件能够产生纵扭复合振动，有效地减少能量损耗，在同等条件下增大了输出功率和输出振幅，提高加工质量和加工效率，而且与其他纵扭复合超声振动换能器相比，减少了零部件，简化了整体结构，有利于实现小型化设计。

另外，根据本发明实施例的磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一电极片和所述第二电极片的朝向所述磁致伸缩材料件的一侧表面形成为导电面，另一侧形成为绝缘面。

根据本发明的一个实施例，所述第一电极片和所述第二电极片的另一侧表面上涂覆有绝缘材料层。