CN113426652A - 应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置及压电陶瓷致动器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于加工装置技术领域,具体涉及一种应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,包括:压电陶瓷致动器;底座;振动平台;压电陶瓷致动器包括:上端盖、至少两环体和下端盖;上端盖和环体底部均设置有纵向的环状凸沿,环状凸沿底部外边缘设置有倒角,且环状凸沿底部均匀分布有若干向上的缩进区域,相邻两缩进区域之间形成齿状结构,环体和下端盖顶部设置有至少对上层的齿状结构进行局部包覆的环槽,环槽的底部设置有与倒角边平行的坡面。本发明中提供了一种方向指向性较佳的辅助加工装置,使得单维振动的输出能效有效提高,且有效的保证被加工结构的质量。同时,本发明中还请求保护一种压电陶瓷致动器,具有同样的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于加工装置技术领域,具体涉及一种应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置及压电陶瓷致动器。
背景技术
目前,针对如医疗设备等领域的多种高精度的构件均采用振动辅助加工的方式,利用压电陶瓷片的逆压电效应激发超声振动,从而对加工过程中产生的再生振颤进行一定程度的抑制,同时也提高加工用刀具的使用寿命以及构件表面质量。
压电陶瓷致动器为振动辅助加工过程中的核心部分,其性能的稳定性是影响最终振动辅助加工效果的关键。然而,目前的一部分压电陶瓷致动器存在方向指向性差的问题,从而使得单维振动的辅助加工装置输出能效低。
鉴于上述缺陷,本发明人基于从事此类技术多年丰富经验及专业知识,配合理论分析,加以研究创新,以期开发一种应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置及压电陶瓷致动器。
发明内容
本发明中提供了一种应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,可有效解决背景技术中的缺陷,同时本发明中还请求保护一种压电陶瓷致动器,具有同样的技术效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,包括:
压电陶瓷致动器,提供单维振动输出;
底座,与所述压电陶瓷致动器底部固定连接;
振动平台,与所述压电陶瓷致动器顶部固定连接,对待加工件进行安装;
所述压电陶瓷致动器外部自上而下依次包括:上端盖、至少两环体和下端盖,所述上端盖和下端盖对各所述环体堆叠后形成的腔体顶部和底部进行封堵,所述腔体内设置有分别与所述上端盖和下端盖贴合的压电陶瓷组件;
其中,所述上端盖和环体底部均设置有纵向的环状凸沿,所述环状凸沿底部外边缘设置有倒角,且所述环状凸沿底部均匀分布有若干向上的缩进区域,相邻两所述缩进区域之间形成齿状结构,所述环体和下端盖顶部设置有至少对上层的齿状结构进行局部包覆的环槽,所述环槽的底部设置有与倒角边平行的坡面;
还包括连接件,依次贯穿所述上端盖、压电陶瓷组件和下端盖,且对三者进行连接。
进一步地,所述环槽对所述齿状结构进行局部包覆,使得所述缩进区域超出所述环槽顶部边缘,形成联通所述腔体内外的贯通区域。
进一步地,所述环体顶部相对于所述环状凸沿向外延伸形成水平的外沿,相邻两层所述环体的外沿间隔设置。
进一步地,所述上端盖顶部和下端盖底部分别设置有与所述振动平台和底座连接的法兰,所述法兰直径大于所述外沿的直径。
进一步地,所述压电陶瓷组件包括压电陶瓷片和电极片;
所述压电陶瓷片为偶数片,所述压电陶瓷片与电极片相间设置,且所述压电陶瓷片设置于两所述电极片之间。
进一步地,所述底座包括自上而下依次连接的振动片、弹性片和座板;
其中,所述振动平台与所述振动片之间设置有直线导向装置。
一种压电陶瓷致动器,外部自上而下依次包括:上端盖、至少两环体和下端盖,所述上端盖和下端盖对各所述环体堆叠后形成的腔体顶部和底部进行封堵,所述腔体内设置有分别与所述上端盖和下端盖贴合的压电陶瓷组件;
其中,所述上端盖和环体底部均设置有纵向的环状凸沿,所述环状凸沿底部外边缘设置有倒角,且所述环状凸沿底部均匀分布有若干向上的缩进区域,相邻两所述缩进区域之间形成齿状结构,所述环体和下端盖顶部设置有至少对上层的齿状结构进行局部包覆的环槽,所述环槽的底部设置有与倒角边平行的坡面;
还包括连接件,依次贯穿所述上端盖、压电陶瓷组件和下端盖,且对三者进行连接。
进一步地,所述环槽对所述齿状结构进行局部包覆,使得所述缩进区域超出所述环槽顶部边缘,形成联通所述腔体内外的贯通区域。
进一步地,所述环体顶部相对于所述环状凸沿向外延伸形成水平的外沿,相邻两层所述环体的外沿间隔设置。
进一步地,所述上端盖顶部和下端盖底部分别设置有法兰,所述法兰直径大于所述外沿的直径。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
本发明中,提供了一种方向指向性较佳的辅助加工装置,使得单维振动的输出能效有效提高,且有效的保证被加工结构的质量。当通过连接件将上端盖、压电陶瓷组件和下端盖连接在一起的过程中,除了保证上端盖、下端盖和压电陶瓷组件的紧密贴合外,还需要保证的是齿状结构的倒角边和环槽的坡面紧密贴合,或者,齿状结构在挤压的作用下适当的沿坡面向腔体内倾斜也是被允许的;通过上述安装方式而获得的压电陶瓷致动器具有以下功能:上端盖、环体和下端盖之间通过齿状结构的倒角边相对于坡面的滑动,可将径向的形变转变为轴向的形变,实现压电陶瓷致动器外部壳体结构在轴向上的弹性形变能力,从而有效提高纵向上的单维振动幅度,提高输出能效;另一方面,通过缩进区域的设置,使得上端盖和环体的重量均有效降低,减小了振动输出端的重量负载,也可在一定程度上提高输出的振幅,而提高输出能效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一中应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置的结构示意图;
图2为压电陶瓷致动器的结构示意图;
图3为压电陶瓷致动器的分解示意图(省略连接件);
图4为环体在第一角度下的结构示意图;
图5为图4中A处的局部放大图;
图6为环体在第二角度下的结构示意图;
图7为图6中B处的局部放大图;
图8为两环体和上端盖的连接示意图;
图9为压电陶瓷致动器的正视图(包括局部放大);
图10为图9中C处的局部放大图;
图11为应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置的一种优化结构示意图;
附图标记:1、压电陶瓷致动器;11、上端盖;12、环体;12a、外沿;13、下端盖;14、电极片;15、压电陶瓷片;16a、倒角;16b、缩进区域;16c、齿状结构;16d、环槽;16e、贯通区域;2、底座;21、振动片;22、弹性片;23、座板;3、振动平台;4、直线导向装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
如图1~8所示,应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,包括:压电陶瓷致动器1,提供单维振动输出;底座2,与压电陶瓷致动器1底部固定连接;振动平台3,与压电陶瓷致动器1顶部固定连接,对待加工件进行安装。
在实施过程中,可通过底座2将整个用于辅助加工的辅助装置固定于所需的位置,待加工件与振动平台3的连接也可采用现有技术中的任意方式,例如装夹固定,或者螺栓锁紧固定等。
其中,压电陶瓷致动器1外部自上而下依次包括:上端盖11、至少两环体12和下端盖13,上端盖11和下端盖13对各环体12堆叠后形成的腔体顶部和底部进行封堵,腔体内设置有分别与上端盖11和下端盖13贴合的压电陶瓷组件。在本实施例的附图中以设置两个环体12为例进行展示。
其中,上端盖11和环体12底部均设置有纵向的环状凸沿,环状凸沿底部外边缘设置有倒角16a,从而形成倒角边,且环状凸沿底部均匀分布有若干向上的缩进区域16b,相邻两缩进区域16b之间形成齿状结构16c,环体12和下端盖13顶部设置有至少对上层的齿状结构16c进行局部包覆的环槽16d,环槽16d的底部设置有与倒角边平行的坡面;还包括连接件,依次贯穿上端盖11、压电陶瓷组件和下端盖13,且对三者进行连接。
本发明中提供了一种方向指向性较佳的辅助加工装置,使得单维的纵向振动的输出能效有效提高,且有效的保证被加工结构的质量。
在实施过程中,针对整个压电陶瓷致动器1的组装,具有特殊的要求,具体地,当通过连接件将上端盖11、压电陶瓷组件和下端盖13连接在一起的过程中,除了保证上端盖11、下端盖13和压电陶瓷组件的紧密贴合外,还需要保证的是齿状结构16c的倒角边和环槽16d的坡面紧密贴合,或者,齿状结构16c在挤压的作用下适当的沿坡面向腔体内弯曲倾斜也是被允许的;通过上述安装方式而获得的压电陶瓷致动器1具有以下功能:
上端盖11、环体12和下端盖13之间通过齿状结构16c的倒角边相对于坡面的滑动,可将径向的形变转变为轴向的形变,实现压电陶瓷致动器1外部壳体结构在轴向上的弹性形变能力,从而有效提高纵向上的单维振动幅度,提高输出能效。
另一方面,通过缩进区域16b的设置,使得上端盖11和环体12的重量均有效降低,减小了振动输出端的重量负载,也可在一定程度上提高输出的振幅,而提高输出能效。
在实际对整个辅助装置进行制作的过程中,可通过降低环状凸沿厚度的方式提高其相对于坡面滑动而形变的能力,本实施例中附图所展示的比例关系仅仅用于展示产品的结构关系,而并不代表实际的厚度比例;当环状凸沿的厚度降低至薄片结构时,缩进区域16b的加工难度也会降低,当然,为了保证结构的稳定性,厚度不得小于1mm。为了保证环状凸沿与环槽16d连接的稳定性,在将环状凸沿安装进环槽16d内之前,可通过将各齿状结构16c向外扩张的方式,而使得与环槽16d连接的更加紧密,此种方式为一种过盈配合的方式,需要对过盈的范围进行控制,从而避免对轴向的弹性形变造成影响。
作为上述实施例的优选,如图9所示,环槽16d对齿状结构16c进行局部包覆,使得缩进区域16b超出环槽16d顶部边缘,形成联通腔体内外的贯通区域16e。贯通区域16e的设置使得腔体内产生的热量可快速的散发,从而有效改善压电陶瓷致动器1的发热特性,有效提高其性能的稳定性,其中,贯通区域16e的流通截面面积通过缩进区域16b的尺寸较易控制。
同样出于散热的目的考虑,参见图10,环体12顶部相对于环状凸沿向外延伸形成水平的外沿12a,相邻两层环体12的外沿12a间隔设置,外沿12a使得热传导的面积增加,同样可提高散热效果。
作为上述实施例的优选,上端盖11顶部和下端盖13底部分别设置有与振动平台3和底座2连接的法兰,法兰直径大于外沿12a的直径。上述法兰尺寸的优化,目的在于实现振动辐射面积的提高和辐射均匀性的提升,当法兰尺寸足够大时,纵向的振动会在一定程度上通过法兰的盘面向四周辐射,从而使得待加工件的振动更加均匀,提高加工效果,此种方式也使得加工刀具的寿命得到延长。
作为一种具体的结构形式,压电陶瓷组件包括压电陶瓷片15和电极片14;压电陶瓷片15为偶数片,压电陶瓷片15与电极片14相间设置,且压电陶瓷片15设置于两电极片14之间。
参见图3,展示了设置两片压电陶瓷片15和三片电极片14的方式,此种结构均为现有的结构形式,此处不再赘述。本发明中与现有技术不同的是,当建立环体12与压电陶瓷片15和电极片14的尺寸关联时,可使得环体12的数量随压电陶瓷片15和电极片14的数量变化,例如,当增加一片压电陶瓷片15和一片电极片14的时候,增加一个环体12。
为了进一步提高整个辅助装置的工作稳定性,底座2包括自上而下依次连接的振动片21、弹性片22和座板23;其中,振动平台3与振动片21之间设置有直线导向装置4。
实施例二
如图2所示,一种压电陶瓷致动器,外部自上而下依次包括:上端盖11、至少两环体12和下端盖13,上端盖11和下端盖13对各环体12堆叠后形成的腔体顶部和底部进行封堵,腔体内设置有分别与上端盖11和下端盖13贴合的压电陶瓷组件;其中,上端盖11和环体12底部均设置有纵向的环状凸沿,环状凸沿底部外边缘设置有倒角16a,且环状凸沿底部均匀分布有若干向上的缩进区域16b,相邻两缩进区域16b之间形成齿状结构16c,环体12和下端盖13顶部设置有至少对上层的齿状结构16c进行局部包覆的环槽16d,环槽16d的底部设置有与倒角边平行的坡面;还包括连接件,依次贯穿上端盖11、压电陶瓷组件和下端盖13,且对三者进行连接。
本实施例中的压电陶瓷致动器组装方式以及所起到的技术效果均与实施例一中相同,此处不再赘述。
作为本实施例的优选,环槽16d对齿状结构16c进行局部包覆,使得缩进区域16b超出环槽16d顶部边缘,形成联通腔体内外的贯通区域16e。以及,环体12顶部相对于环状凸沿向外延伸形成水平的外沿12a,相邻两层环体12的外沿12a间隔设置。以上两种方式均与实施例一中相同,起到了优化散热的目的。
其中,上端盖11顶部和下端盖13底部分别设置有与振动平台3和底座2连接的法兰,法兰直径大于外沿12a的直径,此种结构方式,一方面使得本实施例中的压电陶瓷致动器在应用于振动辅助加工装置时,更加容易安装,例如,当其应用于实施例一中时,法兰可通过连接件与底座2和振动平台3建立快速稳定的连接,另一方面,也可起到增加散热效果的目的,当然,更为重要的是,如实施例一中所述,可提高振动的均匀性。
以上,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例展示如上,但并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,其特征在于,包括:
压电陶瓷致动器,提供单维振动输出;
底座,与所述压电陶瓷致动器底部固定连接;
振动平台,与所述压电陶瓷致动器顶部固定连接,对待加工件进行安装;
所述压电陶瓷致动器外部自上而下依次包括:上端盖、至少两环体和下端盖,所述上端盖和下端盖对各所述环体堆叠后形成的腔体顶部和底部进行封堵,所述腔体内设置有分别与所述上端盖和下端盖贴合的压电陶瓷组件;
其中,所述上端盖和环体底部均设置有纵向的环状凸沿,所述环状凸沿底部外边缘设置有倒角,且所述环状凸沿底部均匀分布有若干向上的缩进区域,相邻两所述缩进区域之间形成齿状结构,所述环体和下端盖顶部设置有至少对上层的齿状结构进行局部包覆的环槽,所述环槽的底部设置有与倒角边平行的坡面;
还包括连接件,依次贯穿所述上端盖、压电陶瓷组件和下端盖,且对三者进行连接。
2.根据权利要求1所述的应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,其特征在于,所述环槽对所述齿状结构进行局部包覆,使得所述缩进区域超出所述环槽顶部边缘,形成联通所述腔体内外的贯通区域。
3.根据权利要求1或2所述的应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,其特征在于,所述环体顶部相对于所述环状凸沿向外延伸形成水平的外沿,相邻两层所述环体的外沿间隔设置。
4.根据权利要求3所述的应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,其特征在于,所述上端盖顶部和下端盖底部分别设置有与所述振动平台和底座连接的法兰,所述法兰直径大于所述外沿的直径。
5.根据权利要求1所述的应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,其特征在于,所述压电陶瓷组件包括压电陶瓷片和电极片;
所述压电陶瓷片为偶数片,所述压电陶瓷片与电极片相间设置,且所述压电陶瓷片设置于两所述电极片之间。
6.根据权利要求1所述的应用压电陶瓷片逆压电效应的辅助装置,其特征在于,所述底座包括自上而下依次连接的振动片、弹性片和座板;
其中,所述振动平台与所述振动片之间设置有直线导向装置。
7.一种压电陶瓷致动器,其特征在于,外部自上而下依次包括:上端盖、至少两环体和下端盖,所述上端盖和下端盖对各所述环体堆叠后形成的腔体顶部和底部进行封堵,所述腔体内设置有分别与所述上端盖和下端盖贴合的压电陶瓷组件;
其中,所述上端盖和环体底部均设置有纵向的环状凸沿,所述环状凸沿底部外边缘设置有倒角,且所述环状凸沿底部均匀分布有若干向上的缩进区域,相邻两所述缩进区域之间形成齿状结构,所述环体和下端盖顶部设置有至少对上层的齿状结构进行局部包覆的环槽,所述环槽的底部设置有与倒角边平行的坡面;
还包括连接件,依次贯穿所述上端盖、压电陶瓷组件和下端盖,且对三者进行连接。
8.根据权利要求7所述的压电陶瓷致动器,其特征在于,所述环槽对所述齿状结构进行局部包覆,使得所述缩进区域超出所述环槽顶部边缘,形成联通所述腔体内外的贯通区域。
9.根据权利要求7或8所述的压电陶瓷致动器,其特征在于,所述环体顶部相对于所述环状凸沿向外延伸形成水平的外沿,相邻两层所述环体的外沿间隔设置。
10.根据权利要求9所述的压电陶瓷致动器,其特征在于,所述上端盖顶部和下端盖底部分别设置有法兰,所述法兰直径大于所述外沿的直径。
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