[实用新型]圆环形超声抛光振子

说明书

技术领域

本实用新型属于一种超声频压电振动元件，特别涉及一种圆环形超声抛光振子。

背景技术

超声抛光加工是指利用超声振动工具或工件沿一定方向施加超声频率振动，在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击以及由此产生的气蚀作用来去除材料的方法。超声抛光加工的实质是磨料的机械冲击与超声波冲击及空化作用的综合结果。现有的超声椭圆振动——化学机械复合抛光技术，采用的是板状抛光装置，该超声抛光装置主要由板状抛光工具和压电陶瓷片两部分构成。压电陶瓷片分为四组，粘结在板状抛光工具上，利用压电陶瓷的逆压电效应激发板状抛光工具做超声椭圆振动，超声椭圆振动的产生在于板状抛光工具的两种振动模态，即第4阶弯曲模态与同频的第1阶纵向伸缩模态的复合，在交变频率的电源下同时被激发出来，形成板状抛光工具端部的椭圆运动轨迹，即通过弯曲振动与伸缩振动的复合产生超声椭圆振动，实现对工件的超声抛光。该板状抛光装置存在的主要问题是，利用板状抛光工具的端部对工件进行抛光，抛光的面积小，工作效率低，另外，抛光振子的两个模态的实际共振频率也不容易获得一致。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有板状抛光装置存在的抛光的面积小、效率低的问题，提供一种工作效率高、抛光效果好、便于设计制造的圆环形超声抛光振子。

本实用新型由振子弹性体和压电陶瓷片构成，压电陶瓷片粘贴在振子弹性体上，其特殊之处是，所述的振子弹性体为中部凹陷、外部凸起的圆盘形，在振子弹性体的中心有一个装夹圆柄，在压电陶瓷片上施加交变电压，使抛光振子在特定阶次的面外弯曲模态下共振，由同一频率下的两正交弯曲模态实现弯曲行波，将电能转化为抛光振子表面质点的超声椭圆振动，实现对工件的超声抛光。

在振子弹性体的圆盘形表面上有若干个凸齿，在不提高抛光振子弯曲刚度、固有频率的情况下，有效增大抛光振子圆周方向的振幅。

所述的凸齿为内侧小、外侧大的扇形，在振子弹性体上构成圆环形工作表面。

本实用新型的优点在于：

1、振子弹性体为中部凹陷、外部凸起的圆盘形，并在圆盘形表面上设置内侧小、外侧大的扇形凸齿，构成圆环形的工作表面，抛光振子在整个工作表面上都具有椭圆运动，增大了抛光面积，且扇形凸齿又增大了抛光振子圆周方向的振幅，因而提高了抛光的效率，并有效地改善了抛光工件的表面质量。

2、在振子弹性体的中心设置装夹圆柄，装夹不影响振动频率与振型，且抛光工具和被抛光工件两者在宏观装夹上可以保持相对静止，或者抛光工具做简单的平动即可完成抛光。

3、在压电陶瓷片上施加时间和空间相位分别相差90^o的交变电压，振子弹性体即可由同一频率下的两正交弯曲模态实现弯曲行波，设计、制造简单。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A—A剖视图；

图3是图1的B—B剖视图；

图4、图5是本实用新型抛光振子在两同阶模态下的振型图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型由振子弹性体1和压电陶瓷片3构成，压电陶瓷片3粘贴在振子弹性体1上，压电陶瓷片3与驱动电路相连接，驱动电路的电压频率为20kHz～60kHz ，为现有常用驱动电路；所述的振子弹性体1为中部凹陷、外部凸起的圆盘形；在振子弹性体1的圆盘形表面上有若干个凸齿2，凸齿2的作用是在不提高抛光振子弯曲刚度、固有频率的情况下，有效增大抛光振子圆周方向的振幅；所述的凸齿2为内侧小、外侧大的扇形，从而在振子弹性体1上构成圆环形工作表面；所述的压电陶瓷片3为圆环形，与振子弹性体1的圆环形工作表面相对应，以提高振动抛光的效果，压电陶瓷片3为现有产品，它由多个极化了的扇形区构成；在振子弹性体1的中心有一个装夹圆柄4，以便于装夹固定。

本实用新型抛光振子的振动模态为同一频率下的两正交同阶弯曲模态，其工作原理如图4和图5所示，在空间上相差1 /4波长的压电陶瓷片上施加时间相位相差90^o、频率为20kHz ~60kHz的交变电压，依靠压电陶瓷的逆压电效应，即可使抛光振子在特定阶次的面外弯曲模态下共振，由同一频率下的两正交弯曲模态实现弯曲行波，即抛光振子表面质点产生椭圆运动轨迹，将电能转化为抛光振子表面质点的超声椭圆振动，使抛光振子与工件表面之间产生了圆周切向的摩擦驱动力，这种切向力可促使抛光振子进行抛光运动，且摩擦驱动力的方向与行波的行进方向正好相反。