超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法专利目的

基于此，有必要提供一种超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，能够加强产品的使用强度，降低撞击带来的产品精度失效风险，提高产品的使用寿命。

超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法技术方案

《超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法》所述超声波换能器包括变幅杆以及设于变幅杆一端的压电振子，所述变幅杆具有装配法兰，所述超声波刀体上设有与所述超声波换能器对应的安装腔体，包括以下步骤：

S1、将变幅杆的装配法兰过盈装配在超声波刀体的安装腔体内的对应位置，使得超声波换能器装配在超声波刀体的安装腔体中；

S2、在所述装配法兰与所述超声波刀体的装配缝隙处进行固定，使得所述装配法兰与所述超声波刀体熔融为一体；

S3、设置压盖，将压盖设置在所述装配法兰远离所述压电振子的一侧，所述压盖与所述超声波刀体装配连接，且所述压盖将所述装配法兰压紧在所述超声波刀体上。

上述超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，超声波换能器通过变幅杆的装配法兰装配在超声波刀体中，装配法兰与超声波刀体过盈配合实现超声波换能器的固定，然后再通过在装配法兰与超声波刀体的装配缝隙处进行焊接实现再次固定，最后通过压盖给变幅杆的装配法兰压力，压盖使装配法兰和超声波刀体组合更加紧密实现加固固定，保证超声波换能器与超声波刀体装配可靠，加强了产品的使用强度，产品经掉地或碰撞后变幅杆不易歪斜，不易影响产品的圆跳动和动平衡，降低了撞击带来的产品精度失效风险，提高了产品的使用寿命。

进一步地，在所述S2步骤之后，还包括步骤：

S2a、在所述装配法兰远离所述压电振子的侧面上涂设防水胶，并保证在所述S3步骤之前，所述防水胶处于未凝固状态。

进一步地，所述S3步骤具体包括：

S31、设置压盖，所述压盖呈两端开口的中空结构，所述压盖的一侧外壁上设有装配螺纹，所述压盖上与所述装配螺纹相对应的盖体部分为压紧部，所述压盖的另一侧为施力部，所述压盖本体在其压紧部与施力部之间为裁剪部，将压盖套设在变幅杆的外侧，压盖位于所述装配法兰远离所述压电振子的一侧，所述压盖的压紧部靠近所述装配法兰；

S32、所述超声波刀体的安装腔体中用于与所述压盖装配的腔体内壁为压盖装配内壁，所述压盖装配内壁上设有与所述装配螺纹相匹配的锁紧螺纹，在压盖的施力部施力转动压盖，所述压盖的压紧部旋入所述超声波刀体中与所述超声波刀体连接，所述压盖的压紧部将所述装配法兰压紧在所述超声波刀体上；

S33、在所述压盖的裁剪部处对压盖进行裁剪，裁剪掉裁剪部与施力部，保留压紧部在超声波刀体上。

进一步地，所述压紧部沿轴向方向的长度与所述压盖装配内壁沿轴向方向的长度匹配。进一步地，所述压盖的外壁上在其压紧部与施力部之间开设有退刀槽，所述压盖上与所述退刀槽相对应的盖体部分为所述裁剪部，在所述S33步骤中，采用车床在压盖的裁剪部处对压盖进行裁剪。进一步地，所述压盖的另一侧的外壁上设有与扳手匹配的施力凸缘，所述压盖上与所述施力凸缘相对应的盖体部分为所述施力部，在所述S32步骤中，采用扳手在压盖的施力部施力转动压盖。

进一步地，所述S1步骤具体包括：加热所述超声波刀体，使得所述超声波刀体的安装腔体内孔变大，压力机将所述变幅杆压合至所述超声波刀体上，将变幅杆的装配法兰过盈装配在超声波刀体的安装腔体内的对应位置。进一步地，所述S1步骤具体包括：通过压力机将所述变幅杆压合至所述超声波刀体上，将变幅杆的装配法兰过盈装配在超声波刀体的安装腔体内的对应位置。进一步地，所述压力机为气动压力机。进一步地，在所述S2步骤中，通过激光焊接机在所述装配法兰与所述超声波刀体的装配缝隙处进行焊接固定。

对于超硬、超脆等特殊材料的加工，普通的加工工艺加工效果差，效率低，无法满足这类材料的加工精度要求。旋转超声加工技术，即将超声加工与工具旋转组合起来的加工模式，其可用于对这类特殊材料的加工，加工精度高，效率高，逐渐得到了广泛的应用。在旋转超声加工技术中，超声波换能器是超声加工中提供超声能量的核心执行机构。传统的超声波换能器与超声波刀体装配后，产品的使用强度较差，产品经掉地或碰撞后变幅杆容易歪斜，从而影响产品的圆跳动和动平衡，容易发生产品精度失效，产品的使用寿命较短。

图1为该发明一实施例所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法的流程示意图；

图2为该发明一实施例所述的超声波换能器与超声波刀体的结构示意图；

图3为该发明一实施例所述的压盖的结构示意图。

附图标记说明：100、超声波换能器，110、变幅杆，112、装配法兰，120、压电振子，200、超声波刀体，210、安装腔体，220、压盖装配内壁，300、压盖，310、压紧部，312、装配螺纹，320、施力部，322、施力凸缘，330、裁剪部，332、退刀槽。

1.《超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法》其特征在于，所述超声波换能器包括变幅杆以及设于变幅杆一端的压电振子，所述变幅杆具有装配法兰，所述超声波刀体上设有与所述超声波换能器对应的安装腔体，包括以下步骤：

S1、将变幅杆的装配法兰过盈装配在超声波刀体的安装腔体内的对应位置，使得超声波换能器装配在超声波刀体的安装腔体中；

S2、在所述装配法兰与所述超声波刀体的装配缝隙处进行固定，使得所述装配法兰与所述超声波刀体熔融为一体；

S3、设置压盖，将压盖设置在所述装配法兰远离所述压电振子的一侧，所述压盖与所述超声波刀体装配连接，且所述压盖将所述装配法兰压紧在所述超声波刀体上。

2.根据权利要求1所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，在所述S2步骤之后，还包括步骤：

S2a、在所述装配法兰远离所述压电振子的侧面上涂设防水胶，并保证在所述S3步骤之前，所述防水胶处于未凝固状态。

3.根据权利要求2所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，所述S3步骤具体包括：

S31、设置压盖，所述压盖呈两端开口的中空结构，所述压盖的一侧外壁上设有装配螺纹，所述压盖上与所述装配螺纹相对应的盖体部分为压紧部，所述压盖的另一侧为施力部，所述压盖本体在其压紧部与施力部之间为裁剪部，将压盖套设在变幅杆的外侧，压盖位于所述装配法兰远离所述压电振子的一侧，所述压盖的压紧部靠近所述装配法兰；

S32、所述超声波刀体的安装腔体中用于与所述压盖装配的腔体内壁为压盖装配内壁，所述压盖装配内壁上设有与所述装配螺纹相匹配的锁紧螺纹，在压盖的施力部施力转动压盖，所述压盖的压紧部旋入所述超声波刀体中与所述超声波刀体连接，所述压盖的压紧部将所述装配法兰压紧在所述超声波刀体上；

S33、在所述压盖的裁剪部处对压盖进行裁剪，裁剪掉裁剪部与施力部，保留压紧部在超声波刀体上。

4.根据权利要求3所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，所述压紧部沿轴向方向的长度与所述压盖装配内壁沿轴向方向的长度匹配。

5.根据权利要求3所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，所述压盖的外壁上在其压紧部与施力部之间开设有退刀槽，所述压盖上与所述退刀槽相对应的盖体部分为所述裁剪部，在所述S33步骤中，采用车床在压盖的裁剪部处对压盖进行裁剪。

6.根据权利要求3所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，所述压盖的另一侧的外壁上设有与扳手匹配的施力凸缘，所述压盖上与所述施力凸缘相对应的盖体部分为所述施力部，在所述S32步骤中，采用扳手在压盖的施力部施力转动压盖。

7.根据权利要求1所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，所述S1步骤具体包括：加热所述超声波刀体，使得所述超声波刀体的安装腔体内孔变大，压力机将所述变幅杆压合至所述超声波刀体上，将变幅杆的装配法兰过盈装配在超声波刀体的安装腔体内的对应位置。

8.根据权利要求1所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，所述S1步骤具体包括：通过压力机将所述变幅杆压合至所述超声波刀体上，将变幅杆的装配法兰过盈装配在超声波刀体的安装腔体内的对应位置。

9.根据权利要求7或8所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，所述压力机为气动压力机。

10.根据权利要求1～8任一项所述的超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法，其特征在于，在所述S2步骤中，通过激光焊接机在所述装配法兰与所述超声波刀体的装配缝隙处进行焊接固定。

如图1、图2所示，一实施例提供一种超声波换能器100与超声波刀体200的装配工艺方法。所述超声波换能器100包括变幅杆110以及设于变幅杆110一端的压电振子120。所述变幅杆110具有装配法兰112。所述超声波刀体200上设有与所述超声波换能器100对应的安装腔体210。包括以下步骤：

S1、将变幅杆110的装配法兰112过盈装配在超声波刀体200的安装腔体210内的对应位置，使得超声波换能器100装配在超声波刀体200的安装腔体210中；

S2、在所述装配法兰112与所述超声波刀体200的装配缝隙处进行固定，使得所述装配法兰112与所述超声波刀体200熔融为一体；

具体地，所述装配法兰112与所述超声波刀体200的装配缝隙处可采用焊接或其他方式固定。可选地，在所述S2步骤中，通过激光焊接机在所述装配法兰112与所述超声波刀体200的装配缝隙处进行焊接固定。如此，采用激光焊接机进行焊接固定，操作方便，焊接效果好。

S3、设置压盖300，将压盖300设置在所述装配法兰112远离所述压电振子120的一侧，所述压盖300与所述超声波刀体200装配连接，且所述压盖300将所述装配法兰112压紧在所述超声波刀体200上。

该实施例中，超声波刀体200是超声波刀柄成品产品的一个部件，主要用于连接机床主轴及安装超声波换能器100。

上述超声波换能器100与超声波刀体200的装配工艺方法，超声波换能器100通过变幅杆110的装配法兰112装配在超声波刀体200中，装配法兰112与超声波刀体200过盈配合实现超声波换能器100的固定，然后再通过在装配法兰112与超声波刀体200的装配缝隙处进行焊接实现再次固定，最后通过压盖300给变幅杆110的装配法兰112压力，使装配法兰112和超声波刀体200组合更加紧密实现加固固定，保证超声波换能器100与超声波刀体200装配可靠，加强了产品的使用强度，产品经掉地或碰撞后变幅杆110不易歪斜，不易影响产品的圆跳动和动平衡，降低了撞击带来的产品精度失效风险，提高了产品的使用寿命。

进一步地，在所述S2步骤之后，还包括步骤：S2a、在所述装配法兰112远离所述压电振子120的侧面上涂设防水胶，并保证在所述S3步骤之前，所述防水胶处于未凝固状态。进而，在防水胶未干时装入压盖300，压盖300逐渐旋入将多余的防水胶挤开，使得压盖300所施加的纵向压力直达装配法兰112，当压盖300与超声波刀体200装配后，防水胶能够将压盖300、变幅杆110以及超声波刀体200三者之间的间隙填满，一方面，防水胶能够进一步加强产品的使用强度；另一方面，防水胶与焊接结构能够组成双重防水保护，防止渗水进入刀体内腔，破坏超声波换能器100的压电振子120的压电效应。

进一步地，如图2、图3所示，所述S3步骤具体包括：

S31、设置压盖300，所述压盖300呈两端开口的中空结构，所述压盖300的一侧外壁上设有装配螺纹312，所述压盖300上与所述装配螺纹312相对应的盖体部分为压紧部310，所述压盖300的另一侧为施力部320，所述压盖300本体在其压紧部310与施力部320之间为裁剪部330。将压盖300套设在变幅杆110的外侧，压盖300位于所述装配法兰112远离所述压电振子120的一侧，所述压盖300的压紧部310靠近所述装配法兰112；

S32、所述超声波刀体200的安装腔体210中用于与所述压盖300装配的腔体内壁为压盖装配内壁220，所述压盖装配内壁220上设有与所述装配螺纹312相匹配的锁紧螺纹。在压盖300的施力部320施力转动压盖300，所述压盖300的压紧部310旋入所述超声波刀体200中与所述超声波刀体200连接，所述压盖300的压紧部310将所述装配法兰112压紧在所述超声波刀体200上；

S33、在所述压盖300的裁剪部330处对压盖300进行裁剪，裁剪掉裁剪部330与施力部320，保留压紧部310在超声波刀体200上。

如此，压盖300上的施力部320便于施加锁紧力从而将压紧部310锁紧在超声波刀体200上，裁剪部330便于将裁剪部330与施力部320裁减掉，使得仅有压紧部310安装在刀体上，通过采用上述方法，一方面，能够实现压盖300的装配，保证压盖300给变幅杆110的装配法兰112压力使装配法兰112和超声波刀体200组合更加紧密，且压盖300通过螺纹锁紧操作方便；另一方面，压盖300安装后仅有压紧部310装配在超声波刀体200上，压紧部310结构完整，其上没有额外设置的施力槽，压盖300安装后不会影响超声波刀柄产品的圆跳动和动平衡，保证产品的精度。

进一步地，所述压紧部310沿轴向方向的长度与所述压盖装配内壁220沿轴向方向的长度匹配。从而，当所述压紧部310装配至超声波刀体200的安装腔体210中后，压紧部310远离装配法兰112的外端与超声波刀体200的端部平齐，装配后得到的超声波刀柄成品产品整体结构稳固，掉地或碰撞不易损坏，且整体性好，结构美观，性能提升。

进一步地，所述压盖300的外壁上在其压紧部310与施力部320之间开设有退刀槽332，所述压盖300上与所述退刀槽332相对应的盖体部分为所述裁剪部330，在所述S33步骤中，采用车床在压盖300的裁剪部330处对压盖300进行裁剪。如此，通过设置退刀槽332作为压盖300的裁剪部330，进行裁剪时，可采用车床在压盖300的退刀槽332处对压盖300进行裁剪，操作方便。

进一步地，所述压盖300的另一侧的外壁上设有与扳手匹配的施力凸缘322，所述压盖300上与所述施力凸缘322相对应的盖体部分为所述施力部320，在所述S32步骤中，采用扳手在压盖300的施力部320施力转动压盖300。如此，通过在压盖300的另一侧设置与扳手匹配的施力凸缘322，对压盖300进行锁紧时，可采用扳手配合施力凸缘322进行锁紧，锁紧可靠，操作方便。

具体地，在所述S1步骤中，装配法兰112与超声波刀体200过盈装配的具体方法可以为多种。在其中一个实施例中，所述S1步骤具体包括：加热所述超声波刀体200，使得所述超声波刀体200的安装腔体210内孔变大，压力机将所述变幅杆110压合至所述超声波刀体200上，将变幅杆110的装配法兰112过盈装配在超声波刀体200的安装腔体210内的对应位置。从而，装配法兰112与超声波刀体200采用热装的方式实现过盈装配，装配所需的压力较小，能够保护变幅杆110与超声波刀体200，且对该两个工件的尺寸要求精度较低；此外，采用压力机压合实现装配法兰112与超声波刀体200的装配到位，操作稳定，压力大，能够有效保证两个工件装配到位。可选地，所述压力机为气动压力机，压合效果好。

在其中另一个实施例中，所述S1步骤具体包括：通过压力机将所述变幅杆110压合至所述超声波刀体200上，将变幅杆110的装配法兰112过盈装配在超声波刀体200的安装腔体210内的对应位置。从而，装配法兰112与超声波刀体200采用冷装的方式实现过盈装配，装配较为方便；此外，采用压力机压合实现装配法兰112与超声波刀体200的装配到位，操作稳定，压力大，能够保证两个工件装配到位。可选地，所述压力机为气动压力机，压合效果好。

2021年11月，《超声波换能器与超声波刀体的装配工艺方法》获得第八届广东专利奖银奖。

超声波换能器的应用十分广泛,它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。按实现的功能分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等;按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。

超声波换能器压电陶瓷变压器

压电陶瓷变压器是利用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。其输入部分用正弦电压信号驱动, 通过逆压电效应使其产生振动, 振动波通过输入和输出部分的机械耦合到输出部分, 输出部分再通过正压电效应产生电荷,实现压电体的电能-机械能-电能的两次变换,在压电变压器的谐振频率下获得最高输出电压。与电磁变压器相比, 这具有体积小, 质量轻,功率密度高, 效率高, 耐击穿, 耐高温, 不怕燃烧, 无电磁干扰和电磁噪声, 且结构简单、便于制作、易批量生产, 在某些领域成为电磁变压器的理想替代元件等优点。此类变压器用于开关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。

超声波换能器超声波马达

超声波马达是把定子作为换能器, 利用压电晶体的逆压电效应让马达定子处于超声波频率的振动, 然后靠定子和转子间的摩擦力来传递能量, 带动转子转动。超声波马达体积小, 力矩大, 分辨率高, 结构简单, 直接驱动, 无制动机构, 无轴承机构, 这些优点有益于装置的小型化。超声波马达广泛应用于光学仪器、激光、半导体微电子工艺、精密机械与仪器、机器人、医学与生物工程领域。

超声波换能器超声波清洗

超声波清洗的机理是利用超声波在清洗液中传播时的空化、辐射压、声流等物理效应, 对清洗件上的污物产生的机械起剥落作用, 同时能促进清洗液与污物发生化学反应, 达到清洗物件的目的。超声波清洗机所用的频率根据清洗物的大小和目的可选用10～500 kHz, 一般多为20～50 kHz。随着超声波换能器频率的增加,可采用郎之万振子、纵向振子、厚度振子等。在小型化方面, 也有采用圆片振子的径向振动和弯曲振动的。超声波清洗在各种工业、农业、家用设备、电子、汽车、橡胶、印刷、飞机、食品、医院和医学研究等行业得到了越来越广泛的应用。

超声波换能器超声波焊接

超声波焊接有超声波金属焊接和超声波塑料焊接两大类。其中超声波塑料焊接技术已获得较为普遍的应用。它是利用换能器产生的超声振动, 通过上焊件把超声振动能量传送到焊区。由于焊区即两焊件交界处声阻大, 所以会产生局部高温使塑料熔化, 在接触压力的作用下完成焊接工作。超声塑料焊接可方便焊接其他焊接法无法焊接的部位。另外, 还节约了塑料制品昂贵的模具费, 缩短了加工时间, 提高了生产效率, 有经济、快速和可靠等特点。

超声波换能器超声波加工

把微细磨料随超声波加工工具一起以一定静压力加在工件上, 就能加工出与工具相同的形状。加工时换能器需在 15～ 40 kHz的频率下, 产生 15～ 40 微米的振幅。超声波工具使工件表面的磨料以相当大的冲击力连续冲击, 破坏超声辐射部位, 使材料破碎而达到去除材料的目的。超声波加工主要应用于宝石、玉器、大理石、玛瑙、硬质合金等脆硬材料的加工以及异型孔和细深孔的加工。此外, 在普通切削工具上加超声波换能器振动时, 也可起到提高精度和效率的作用。

超声波换能器超声波减肥

利用超声波换能器的空化效应和微机械振动, 将人体表皮下多余的脂肪细胞破碎、乳化后排出体外, 达到减肥、塑形的目的。这是国际上90 年代发展起来的一项新技术。意大利的Zocch i首次将超声去脂用于床, 并获得成功, 为整形、美容开创了先河。超声去脂技术在国内外得以迅速发展。

超声波换能器超声波育种

对植物种子进行适当频率和强度的超声波照射, 可提高种子的发芽率, 降低霉烂率, 促进种子的生长, 提高植物生长速度。据资料介绍, 超声波可使某些植物种子生长速度提高2～3 倍。

超声波换能器电子血压计

利用超声波换能器接收血管的压力, 当气囊加压紧压血管时, 因外加压力高于血管舒张压力, 超声波换能器感受不到血管的压力; 而当气囊逐渐泄气, 超声波换能器对血管的压力随之减小到某一数值时, 二者的压力达到平衡, 此时超声波换能器就能感受到血管的压力, 该压力即为心脏的收缩压, 通过放大器发出指示信号, 给出血压值。电子血压计由于取消了听诊器, 可减轻医务人员的劳动强度。

超声波换能器遥测遥控

在有毒、放射性等恶劣环境中, 人们不能接近工作, 需要远地控制; 电视机, 电风扇以及电灯等电器开关需要遥控, 都可装上超声波换能器, 通过远地发射超声波由装在需要控制系统上的接收换能器所接收,把声信号转变成电信号使开关动作。

超声波换能器交通监测

现代交通, 自动监测车辆的通行和计数以便掌握车辆的运行情况是非常必要的。如交通监理站安装一个收发兼用的超声波换能器及其附属设备, 当车辆通过时就有一个声脉冲返回, 通过计数累计可得到日行车辆的数量。给汽车尾部装一个收发两用的换能器, 可防止倒车相撞事故发生。在公路上安装接收型压电超声波换能器还可以监测噪声指数。

超声波换能器测距

超声波测距装置又叫声尺。它是通过收发两用的换能器, 测量脉冲时间间隔。声尺可测10m 以内的距离, 精度可达千分之几。

超声波换能器检漏及气体检测

对于压力系统, 在泄漏处, 由于压力容器的内外压差造成射流噪声。这种噪声频谱极宽。对于非压力系统, 可在密闭系统内安放一个超声波源, 然后从密闭系统外部接收。一般未泄漏时测到的信号幅度极小或没有, 在泄漏处信号幅度有突然增大的趋势。气体流量检测也是化工中的重要手段之一。流量检测目前有多种放大，如浮子流量计等。但利用超声波换能器主要优点是不妨碍流体的流动。

超声波换能器信息采集

智能机器人要实现在空间自由行走、辨认物体等功能, 不仅要用超声波换能器测距导盲, 而且要成像辨识。所以, 需要小型的超声波换能器阵, 以实现多种功能, 这方面将成为一项重要的研究课题, 吸引着众多的科学家为之奋斗。