超声波旋转加工机结构设计 - 图文

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第2章 总体方案

1.6 加工头设计

1.6.1 超声换能器

超声波换能器的作用，是将超声波发生器产生的超声频电振荡信号转换为超声频机械振动，它是超声波设备的关键部件之一。

按其使用的材料分，可划分为两大类：一类是磁致伸缩换能器，它使用的材料有冲孔镍片；具有磁致伸缩性能的合金，如镍铁合金、铝铁合金以及铁氧体等。另一类是压电换能器，使用的材料有非铁型压电晶体和铁茗型压电陶瓷。在本设计中采用应用很普遍的压电换能器。

压电换能器有如下特点：结构尺寸小，瞬时输出功率达35-40W/cm2；电声转换效率高达80%；抗拉强度低，设计、装配和工作不当时易损坏；振动系统的设计、制造和调整精度要求较高；频率范围窄；价格便宜；冷却方便。 1.6.2 超声变幅杆

超声波变幅杆就是改变换能器的振幅。它是个无源器件，本身不产生振动，只是将输入的振动改变振幅后再传递出去，同时也完成了阻抗变换。超声波在合适的电场激励下能产生有规律的振动，其振幅一般在10um左右，这样的振幅要直接完成焊接和加工工序是不够的，连上通过合理设计的变幅杆后，超声波的振幅可以在很大的范围变化，只要材料强度足够，振幅可以超过100um。我们把超声波换能器与变幅杆连接后的整体叫振动子。另一方面，变幅杆在做纵向伸缩振动时，其中的某横截面左右两边的质点运动方向刚好相反。相当于存在一个相对静止的节面。这个节面叫做节点，这里也是振动子的最佳固定点，偏离这个节点固定就会降低震动子的工作效率，俗称漏波。一般来说，铝质变幅杆声传递效率高，但材料强度低，易开裂和螺丝滑丝；钢质变幅杆强度高，但声阻抗相对较大；钛合金变幅杆综合性能好，缺点就是价格高难加工

它的作用主要是将超声换能器输出的振幅放大。考虑到变幅杆的加工及前后振速比，采用圆锥形并在小端面后接一平滑圆柱体的超声变幅杆。同时，为了增加加工头的刚度，使用λ／4变幅杆以减少加工头长度。 1.6.3 进给机构

由于设计要求进给分辨率为微米级，因此采用步进电机，利用步进电机的按步运动来达到精度。同时，采用滚珠丝杠副结构使电机的回转运动转化为直线运动。

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1.6.4 动力机构

采用三相异步电动机带动工作头进行旋转加工。

1.7 工作台设计

进给机构由于设计要求进给分辨率为微米级，采用步进电机驱动X，Y方向工作台运动，并使用滚珠丝杠副结构将回转运动转为直线运动。

1.8 本章小结

本小节主要列出了超声波旋转加工机的主要结构和各结构的用途，并依据其工作状况选定了各个零件的材料。为后面章节的数据计算和超声波旋转加工机的设计提供了理论依据。

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