CN209520011U - 一种换能器及超声波刀柄 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器，在法兰上设置减振结构，该减振结构包括开设于法兰至少一个端面的减振槽结构，减振槽结构中至少一个槽体的深度大于法兰的厚度的一半。通过开设减振槽结构对法兰进行减材处理，法兰的强度减弱，且槽体深度大于法兰的厚度的一半，可以将超声波振动向法兰的四周传递扩散，超声波振动通过减振槽结构可以大幅度减少，由此可有效减少超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上，确保超声波振动能量有效地传递到加工工具上，以提高加工工具的超声加工效率。该换能器应用于超声波刀柄可减少超声波振动传递至机床主轴，避免超声波振动影响机床主轴转动及损坏机床主轴。

Description

一种换能器及超声波刀柄

技术领域

本实用新型涉及超声波加工技术领域，特别是涉及一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器及包括该换能器的超声波刀柄。

背景技术

换能器是超声波装置中提供超声波振动能量的关键性机构，其工作原理为利用压电效应或者磁致伸缩效应将频率电信号转化成高频超声波振动，并将超声波振动能传输至加工工具以对加工工件进行加工。其中，加工工具可以为刀具、磨头等；换能器主要应用于超声波刀柄、超声波夹具、超声波主轴及超声波机床等超声波装置中。

现有技术中，由于换能器与超声波装置中的超声波装置本体连接时，较大部分的超声波振动会向超声波装置本体传递，导致超声波振动能量的损失，超声加工效率较低；另外，当换能器应用于超声波刀柄中时，换能器与刀柄本体连接，部分超声波振动经刀柄本体向连接于其后端的机床主轴传递，不仅会影响机床主轴的转动，且会对机床主轴产生冲击甚至造成机床损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器及包括该换能器的超声波刀柄，能够减少超声波振动经换能器向超声波装置本体的传递，减少超声波振动能量损失，且当此换能器应用于超声波刀柄时，能够避免超声波振动影响机床主轴转动及冲击机床主轴造成机床主轴损坏。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提出一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器，其包括换能器本体及设于所述换能器本体外周的法兰，所述换能器本体的前端用于安装加工工具，所述法兰上设置有用于减少超声波振动从所述换能器向超声波装置本体传递的减振结构；所述减振结构包括开设于所述法兰的至少一个端面的减振槽结构，所述减振槽结构包括一个或多个槽体，至少一个所述槽体的深度大于所述法兰的厚度的一半。

作为优选方案，所述法兰设于所述换能器本体的振动节点处。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；将所述第一减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L1，所述第二减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L2，所述法兰的厚度设为L，其中， L1+L2≥L。

作为优选方案，所述法兰上设有用于与所述超声波装置本体焊接的焊接位。

作为优选方案，所述焊接位设于所述法兰的外缘。

作为优选方案，所述焊接位设于所述法兰径向的振动节点处。

作为优选方案，所述焊接位设于所述法兰的外径最大的区域。

作为优选方案，所述焊接位偏离所述法兰沿其厚度方向的中心线位置。

作为优选方案，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述焊接位为与所述换能器本体的轴向平行的直线。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽；所述第二减振槽结构包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽；所述第二环形凹槽的直径大于所述第一环形凹槽的直径。

作为优选方案，所述第一环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

作为优选方案，所述第一减振槽结构还包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第三环形凹槽，所述第三环形凹槽的直径大于所述第二环形凹槽的直径。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽，所述第二减振槽结构包括若干第一减振孔，各所述第一减振孔沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，且各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径；所述第一减振孔的深度大于所述第四环形凹槽的深度。

作为优选方案，所述第四环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

作为优选方案，所述第一减振槽结构还包括开设于所述法兰的前端面的若干第二减振孔，各所述第二减振孔沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第六环形凹槽；各所述第二减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径，各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第六环形凹槽的直径；所述第一减振孔和所述第二减振孔错开布置；所述第二减振孔的深度大于所述第六环形凹槽的深度。

作为优选方案，所述第六环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

作为优选方案，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括若干第一弧形槽，所述第二减振槽结构包括若干第二弧形槽，所述第一弧形槽及第二弧形槽均为朝所述法兰径向外侧凸起的圆弧段；且各所述第一弧形槽沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径比各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径小。

作为优选方案，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第五环形凹槽，所述第五环形凹槽的直径小于各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径，且大于各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径；且所述第一弧形槽的深度和第二弧形槽的深度均大于所述第五环形凹槽的深度。

作为优选方案，所述换能器本体包括变幅杆及安装于所述变幅杆后端的压电振子，所述变幅杆的前端用于与加工工具连接，所述法兰一体成型于所述变幅杆的外缘。

作为优选方案，所述换能器本体包括前端盖及安装于所述前端盖后端的压电振子，所述前端盖的前端用于与加工工具连接，所述法兰一体成型于所述前端盖的外缘。

作为优选方案，所述法兰的后端面开设有用于与超声波装置本体紧固连接的安装孔。

为了实现相同的目的，本实用新型还提供一种超声波刀柄，其包括刀柄本体、无线信号接收装置及如前述所述的换能器；所述刀柄本体为所述超声波装置本体，所述刀柄本体的后端用于与机床主轴连接，所述刀柄本体的前端开设有内腔，所述无线信号接收装置安装于所述刀柄本体的外周上并用于与外部设置的无线信号发射装置通信连接，所述换能器与所述无线信号接收装置电性连接，所述换能器的后端安装于所述内腔内，且所述法兰与所述刀柄本体固定相连。

作为优选方案，所述超声波刀柄还包括压盖，所述刀柄本体的内腔侧壁上设置有台阶，所述法兰的后端面抵接所述台阶，所述压盖套设于所述换能器的外周并抵接所述法兰的前端面。

作为优选方案，所述超声波刀柄还包括减振垫，所述减振垫设于所述法兰的后端面和所述台阶之间或者所述减振垫设于所述法兰的前端面和所述压盖之间。

作为优选方案，所述减振垫由耐高温材料制成。

作为优选方案，所述法兰的外缘设有焊接位，所述法兰通过所述焊接位与所述刀柄本体的安装腔的内侧壁焊接。

作为优选方案，所述超声波刀柄还包括销钉，所述销钉的两端分别安装于所述法兰的后端面及所述台阶，以连接所述刀柄本体及所述法兰。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型实施例的一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器，其通过在法兰上设置有减振结构，该减振结构包括开设于所述法兰的至少一个端面的减振槽结构，所述减振槽结构中至少一个槽体的深度大于所述法兰的厚度的一半，通过开设减振槽结构可以对法兰进行减材处理，使得法兰的强度减弱，且将槽体的深度设为大于法兰的厚度的一半，可以将超声波振动向法兰的四周传递扩散，超声波振动经减振槽结构可以大幅度减少，只有少量的超声波振动经较窄的法兰端面传递，由此能够有效地减少超声波振动经法兰至超声波装置本体上的传递，且能够减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效地传递到加工工具上，并通过加工工具传递到被加工材料上，以提高加工工具的超声加工效率。

本实用新型中实施例中的超声波刀柄，能够减少超声波振动向刀柄本体传递，进而避免超声波振动通过刀柄本体传递至机床主轴上以对机床主轴的转动产生干涉，且能够避免超声波振动冲击机床主轴造成主轴损坏，并确保超声波振动能量有效传递到加工工具上。

进一步地，将法兰设于换能器本体的振动节点(即振动零点)处，由此可进一步减少甚至隔离超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上。

更进一步，法兰通过其上的焊接位与超声波装置本体焊接，通过焊接的方式，其与通过紧固件连接的方式相比，一方面法兰上不需要开设安装孔，节省了法兰的空间，另一方面，焊接的方式能够保证换能器与超声波装置本体连接稳固可靠，提高其超声波装置的使用寿命。

更进一步地，法兰前后端分别开设了多种不同结构和形状的减振槽结构，且间隔非环形设置的减振槽结构的深度较深，环形设置的减振槽结构的深度较浅，较深的减振槽结构可以更大幅度地减少超声波振动，而较浅的减振槽结构在减少超声波振动的同时，确保了法兰的整体刚度。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中一种换能器的结构示意图；

图1a是图1的A部局部放大图；

图1b是本实用新型实施例一中另一种换能器的结构示意图；

图1c是本实用新型实施例中又一种换能器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二中一种换能器的简化结构示意图；

图2a是本实用新型实施例二中换能器另一视角的结构示意图；

图2b是图2的左视图；

图2c是图2b的A-A剖视图；

图2d是图2b的B-B剖视图；

图3是本实用新型实施例三中一种换能器的简化结构示意图；

图3a是本实用新型实施例三中换能器另一视角的结构示意图；

图3b是图3的左视图；

图3c是图3b的A-A剖视图；

图3d是图3b的B-B剖视图；

图4是本实用新型实施例四中一种换能器的简化结构示意图；

图4a是本实用新型实施例四中换能器另一视角的结构示意图；

图4b是图4的左视图；

图4c是图4b的A-A剖视图；

图4d是图4b的B-B剖视图；

图5是本实用新型实施例五中一种换能器的简化结构示意图；

图5a是本实用新型实施例五中换能器另一视角的结构示意图；

图5b是图5的左视图；

图5c是图5b的A-A剖视图；

图5d是图5b的B-B剖视图；

图6是本实用新型实施例六中一种换能器的简化结构示意图；

图6a是本实用新型实施例六中换能器另一视角的结构示意图；

图6b是图6的左视图；

图6c是图6b的A-A剖视图；

图6d是图6b的B-B剖视图；

图7是本实用新型中一种超声波刀柄的结构示意图；

图7a是本实用新型中另一种超声波刀柄的结构示意图；

图7b是本实用新型中又另一种超声波刀柄的结构示意图；

图中，1、换能器；10、换能器本体；11、法兰；111、焊接位； 112、安装孔；12、变幅杆；121、工具装夹部；122、锥形孔；13、减振结构；14、第一减振槽结构；141、第一环形凹槽；142、第三环形凹槽；143、第四环形凹槽；144、第一弧形槽；145、第二减振孔； 15、第二减振槽结构；151、第二环形凹槽；152、第一减振孔；153、第二弧形槽；154、第五环形凹槽；155、第六环形凹槽；17、前端盖； 18、压电振子；2、刀柄本体；21、内腔；22、台阶；3、无线信号接收装置；4、销钉；5、加工工具；6、压盖；7、减振垫；8、密封圈；9、拉钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

另外需要说明的是，本实用新型的描述中，术语“前端”和“后端”指的是，在换能器上安装有加工工具时，靠近于加工工具的一端为“前端”，背离加工工具的一端为“后端”。

本实用新型的第一方面提出一种换能器，换能器主要应用于超声波刀柄、超声波夹具、超声波主轴及超声波机床等超声波装置中。

换能器的具体实施方式如下：

实施例一：

本实施例提出一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器 1，本实施例中的换能器请参阅附图1、1a、1b、1c所示，换能器1 包括换能器本体10及设于换能器本体10外周的法兰11，换能器本体10的前端用于安装加工工具5，法兰11上设置有用于减少超声波振动从换能器1向超声波装置本体传递的减振结构13；减振结构13 包括开设于法兰11的前端面的第一减振槽结构14和/或开设于法兰 13的后端面的第二减振槽结构15。

具体地，本实施例中，为了实现减少超声波振动向超声波装置本体传递的目的，减振结构13的具体设置形式为开设于所述法兰11的至少一个端面的减振槽结构，且所述减振槽结构中至少一个槽体的深度大于所述法兰11的厚度的一半，使超声波振动不能沿法兰11的中心处径向向外直接传递，而向四周分散。具体包括三种实现形式：在法兰11的前端面开设减振槽结构，或者在法兰11的后端面开设减振槽结构，或者在法兰11的前端面和后端面均开设有减振槽结构，且将开设在前端面的减振槽结构定义为第一减振槽结构14，开设在法兰后端面的减振槽结构定义为第二减振槽结构15；即对法兰11进行减除材料处理，使得法兰11的强度减弱，而减少超声波振动经法兰 11传递至超声波装置本体上，另外减振槽结构开设的深度大于法兰 11厚度的一半，即减振槽结构能够阻止超声波振动从法兰11的中心位置直接传递。通过开设减振槽结构可以对法兰11进行减材处理，使得法兰11的强度减弱，开设减振槽结构可以将超声波振动向法兰 11的四周传递扩散，由于减振槽结构的开设，导致超声波径向向外的强度削弱，且将减振槽结构中至少一个槽体的深度设为大于法兰 11的厚度的一半，阻止超声波振动经法兰11沿其厚度方向的中心线径向向外直接传递，将超声波振动向法兰11的四周传递扩散，超声波振动经减振槽结构可以大幅度减少，只有少量的超声波振动经较窄的法兰11端面传递，由此能够有效减少超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上，由此能够减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上，且能够减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效地传递到加工工具5上，并通过加工工具5传递到被加工材料上，以提高加工工具5的超声加工效率。

如表一所示，以超声波刀柄为例，在法兰11的前、后端面是否开设减振槽结构，对于超声波振动的减振效果有所不同，经过大量的实验表明，设置减振槽结构比没有设置减振槽结构的减振效果更好，在前、后两端面均设置减振槽结构比只在其中一端面设置减振槽结构的减振效果更好，在法兰11上设置了减振槽结构可减少刀柄尾端的振幅，并提高了刀柄前段加工工具(如刀具)的振幅，由此确保超声波振动能量有效传递到加工工具5上，以提高加工工具的超声加工效率。

表一 法兰振动传递对比表

基于上述技术方案，通过法兰11上通过设置减振结构13，能够通过法兰11减少超声波振动从换能器1至超声波装置本体上的传递；同时，超声波振动充分传递至加工工具5上，能够减少振动能量的损失，提高超声加工效率。

优选地，法兰11设置在换能器本体10的振动节点处，该振动节点即为振动零点，对于超声波刀柄来说，一般是靠近变幅杆12或前端盖17的后端面，将法兰11设于振动节点处，可以有效减少甚至隔离超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

进一步地，请参阅附图1和1a所示，换能器本体10包括变幅杆 12及安装于变幅杆12后端的压电振子18，变幅杆12的前端用于与加工工具5连接。

本实施例中，变幅杆12的前端设置有安装加工工具的工具装夹部 121；作为可替换方案，也可在变幅杆12的前端设置锥形孔122用于安装加工工具5。

复参阅附图1和图1a所示，在法兰11的前端面开设有第一减振槽结构14和在法兰的后端面开设有第二减振槽结构15，第一减振槽结构 14和第二减振槽结构15错位设置，且第一减振槽结构14位于法兰11 与变幅杆12的连接处，第二减振槽结构15位于第一减振槽结构14的外侧，第一减振槽结构14中深度最大的槽体的深度设为L1，第二减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L2，所述法兰的厚度设为L，其中， L1+L2≥L，由此使得换能器本体10的超声波振动在向法兰11径向传递的路径上，都会受到空气的阻隔，由此可以提高减振效果。

本实施例中，当第一减振槽结构14包括多个槽体和/或第二减振槽结构15包括多个槽体时，保证至少一个第一减振槽结构14的槽体的深度与一个第二减振槽结构15的一个槽体的深度之和大于法兰11的厚度，能够进一步减少超声波振动向超声波装置本体传递。

更优地，当第一减振槽结构14包括多个槽体和/或第二减振槽结构15多个槽体时，沿法兰11径向相邻的两个第一减振槽结构14的槽体和第二减振槽结构15的槽体的深度之和大于法兰11的深度。

图1b中，在法兰11的后端面开设有第二减振槽结构15，且第二减振槽结构15位于法兰11与变幅杆12的连接处。

另外，如图1c所示，作为上述实施方式的一种可替换方案，换能器本体10包括前端盖17及安装于前端盖17后端的压电振子18，前端盖 17的前端用于与加工工具5连接，法兰11一体成型于前端盖17的外缘；具体地，加工工具5可直接与前端盖17连接，或者加工工具5可通过变幅杆12与前端盖17间接相连。图1c中，在法兰11的前端面开设有第一减振槽结构14，且第一减振槽结构14位于法兰11与前端盖17的连接处。

由此可见，法兰11的前端面的第一减振槽结构14都是位于法兰11 与变幅杆12或前端盖17的连接处，这样可以减少法兰11与换能器本体 10的连接面积，使得二者的连接处落在振动节点的区域，减少超声振振动由换能器本体10传递至法兰11上，进而最终可减少超声波振动传递至超声波装置本体上。

示例性地，压电振子18可以为磁致振子，而当为磁致振子时，则利用磁致材料的磁致伸缩效应将磁能转化成机械能，从而产生超声波振动。

具体地，本实施例中，法兰11上设有用于与超声波装置本体焊接的焊接位111，换能器1通过焊接位111与超声波装置本体焊接。

本进一步地，为了尽量减少超声波振动经法兰传递至超声波装置本体上，焊接位111设置于法兰11的外缘，通过法兰11外缘的焊接位111将换能器焊接于超声波装置本体上。

优选地，将所述焊接位111设于所述法兰11径向的振动节点处，即在法兰的焊接位111处，径向向外传递的超声波振动为零，能够进一步减少超声波振动从法兰11传递至超声波装置本体。

优选地，焊接位111偏离所述法兰11沿其厚度方向的中心线位置，即能够将焊接位置避开法兰11的中心位置，能够更好地减少超声波振动向超声波装置本体传递。

同样地目的，为了进一步减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上，焊接位111设于法兰的外径最大的区域。

参阅附图1所示，本实施例中的，沿换能器本体10的轴向的截面上观察时，焊接位111为与换能器本体的轴向平行的直线。

此外，除了上述焊接的方式，法兰11还可以通过设置在其后端面的安装孔与换能器本体10紧固连接。

法兰11通过其上的焊接位111与超声波装置本体焊接，通过焊接的方式，其与通过紧固件连接的方式相比，一方面法兰11上不需要开设安装孔，节省了法兰11的空间，另一方面，焊接的方式能够保证换能器1与超声波装置本体连接稳固可靠，提高其超声波装置的使用寿命。

实施例二：

具体地，如附图2、2a、2b、2c和2d所示，本实施例与实施例一的区别在于，第一减振槽结构14包括以法兰11的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽141；第二减振槽结构15包括以法兰11的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽151，且第二环形凹槽151 的直径大于第一环形凹槽141的直径。具体地，第一环形凹槽141和第二环形凹槽151同轴开设，通过此结构能够更佳地减少超声波振动沿法兰11的径向向外传递，进而减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

作为优选方案，第一环形凹槽141设于法兰11与换能器本体10 的连接处，即法兰11与换能器本体10的连接位置设置有第一环形凹槽141进行隔绝，能够减少超声波振动从换能器本体10径向向外传递至法兰11上，进而能够减少超声波振动向超声波装置本体的方向传递。从图2c图中可以看出，第一环形凹槽141和第二环形凹槽151 的深度大于法兰11的厚度，可以将超声波振动能量传递到四周，而减少超声波振动能量经法兰11径向向外传递，由此减弱传递到超声波装置本体的超声波振动。

本实施例的换能器的其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

实施例三：

请参阅附图3、3a、3b、3c、3d所示，本实施例提出一种用于超声波装置的换能器1，其与实施例二的区别仅在于，第一减振槽结构 14和第二减振槽结构15的开设形状及分布不相同；其中，第一减振槽结构14包括以法兰11的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽 141和第三环形凹槽142，第二减振槽结构15包括以法兰11的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽151，第二环形凹槽151的直径大于第一环形凹槽141的直径，第三环形凹槽142的直径大于第二环形凹槽151的直径；通过在法兰11的两个端面分别开设第一环形凹槽141、第二环形凹槽151及第三环形凹槽142，能够通过减除材料处理，使超声波振动沿法兰11的径向传递路径受环形凹槽的阻碍，使超声波振动向四周传递，更好地阻止超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

优选地，第一环形凹槽141设于法兰11与换能器本体10的连接处，能够更好地减少超声波振动由超声波装置本体径向向外传递至法兰11上。

从图3c中可以看出，第一环形凹槽141与第二环形凹槽151的深度之和大于法兰11的厚度；且第三环形凹槽142与第二环形凹槽 151的深度之和也大于法兰的厚度，由此使得超声波振动从换能器本体10传递到法兰11上时，通过各环形凹槽的结构可以将超声波振动能量传递到四周，由此减弱传递到超声波装置本体的超声波振动。

本实施例的换能器的其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

实施例四：

参阅附图4、4a、4b、4c、4d所示，本实施例提出一种用于超声波刀柄的换能器1，其与实施例二的区别为：第一减振槽结构14和第二减振槽结构15的开设形状及分布不相同。

具体地，第一减振槽结构14包括以法兰11的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽143，第二减振槽结构15包括若干第一减振孔152，各第一减振孔152沿法兰11的后端面的中心周向间隔设置，且各第一减振孔152围合形成的圆形的直径大于第四环形凹槽143的直径；通过第四环形凹槽143及各第一减振孔152的设置，可以进一步减少超声波振动通过法兰11传递至超声波装置本体上。其中，第四环形凹槽143 位于法兰11和换能器本体10的连接处。

从图4c中可以看出，第一减振孔152和第四环形凹槽143的深度之和大于法兰11的厚度，超声波振动传递至法兰11上时，第一减振孔152 和第四环形凹槽143能够将超声波振动能量传递到四周，由此减弱传递到超声波装置本体的超声波振动。其中，第一减振孔152的深度均大于第四环形凹槽143的深度。

本实施例的换能器的其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

实施例五：

参阅附图5、5a、5b、5c、5d可知，本实施例提供的换能器1与实施例四中的换能器的区别仅在于，第一减振槽结构14和第二减振槽结构15的开设方式不同，本实施例中，第一减振槽结构14包括以法兰11 的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽143及若干第二减振孔 145，各第二减振孔145沿法兰11的前端面的中心周向间隔设置，各第二减振孔145围合形成的圆形的直径大于第四环形凹槽143的直径；第二减振槽结构15包括若干第一减振孔152及以法兰11的后端面的中心为圆心开设的第六环形凹槽155，各第一减振孔152沿法兰11的后端面的中心周向间隔设置，各第一减振孔152围合形成的圆形的直径大于第六环形凹槽155的直径。示例性地，参阅附图6d所示，第一减振孔 152和第二减振孔145错开布置。本实施例中，通过在法兰11的端面上开设第一减振孔152、第二减振孔145、第四环形凹槽143及第六环形凹槽155，通过去除材料及各槽孔之间的开设形式，能够有效地减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。其中，第一减振孔152、第二减振孔145的深度均大于第六环形凹槽155、第四环形凹槽143的深度。

具体地，第四环形凹槽143和第六环形凹槽155相对设置，且第四环形凹槽143和第六环形凹槽155均设于法兰11与换能器本体10的连接处。

由附图5c可知，第四环形凹槽143与第一减振孔152的深度之和大于法兰11的厚度，且第六环形凹槽155与第二减振孔145的深度之和也大于法兰11的厚度，可更好地将经过法兰11的超声波振动传递至四周，从而减少超声波振动传递至超声装置本体上。

本实施例的换能器的其它特征与实施例四相同，在此不再进行赘述。

实施例六：

请参阅附图6、6a、6b、6c、6d，其与实施例二的区别仅在于，第一减振槽结构14和第二减振槽结构15的开设形状及分布不相同。

具体地，第一减振槽结构14包括若干第一弧形槽144，第二减振槽结构15包括若干第二弧形槽153，第一弧形槽144及第二弧形槽153 均为朝法兰11径向外侧凸起的圆弧段；且各第一弧形槽144沿法兰11 的前端面的中心周向间隔设置，各第二弧形槽153沿法兰11的后端面的中心周向间隔设置，各第二弧形槽153围合成的圆形的直径比各第一弧形槽144围合成的圆形的直径小。本实施例中，分别在法兰11的前端面及法兰11的后端开设第一弧形槽144及第二弧形槽153，通过减除材料处理能够减少超声波振动通过法兰11向超声波装置本体传递。

为了进一步减少换能器1和超声波装置本体之间的超声波振动传递，本实施例中，第二减振槽结构15还包括以法兰11的后端面的中心为圆心开设的第五环形凹槽154，第五环形凹槽154的直径小于各第一弧形槽144围合成的圆形的直径，且大于各第二弧形槽153围合成的圆形的直径。且第一弧形槽144的深度和第二弧形槽153的深度均大于第五环形凹槽154的深度。

其中，第二弧形槽153设于法兰11与换能器本体10的连接处。

参考附图6c可知，第五环形凹槽154和第一弧形槽144的深度之和大于法兰11的厚度，从而能够进一步减少超声波振动经法兰11 传递至超声波装置本体上；示例性地，第一弧形槽144及第二弧形槽 153的深度之和也大于法兰11的厚度，同样能够减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

本实施例的换能器的其它特征与实施例一相同，在此不再进行赘述。

以上，仅给出了换能器1的六个优选实施方式，在上述实施例中所给出的第一减振槽结构14、第二减振槽结构15的结构中，可以直接地、自由地组合以形成不限于六个、数量更多的换能器1的具体实施方式。

需要说明的是，上述的换能器1可以用于超声波刀柄中，还可以用于超声波夹具、超声波主轴、超声波机床等其它超声波装置上，本实用新型以用于超声波刀柄为例。

参阅附图7、7a和7b，本实用新型的第二方面还提出一种超声波刀柄，其包括上述的所有实施例中的换能器1。

进一步地，超声波刀柄还包括刀柄本体2、无线信号接收装置3，刀柄本体1为上述的超声波装置本体，刀柄本体2的后端用于与机床主轴连接，刀柄本体2的前端开设有内腔21，无线信号接收装置3 安装于刀柄本体2的外周上并用于与外部设置的无线信号发射装置3 通信连接；换能器1与无线信号接收装置3电性连接，换能器1的后端安装于内腔21内，且法兰11与刀柄本体2固定相连。

上述的超声波刀柄，刀柄本体2用于连接机床主轴、安装无线信号发射装置3及换能器等部件；当为压电振子181时，在工作过程中，无线信号发射装置将超声电源发生器产生的高频电能信号通过无线传输的方式传递到无线信号接收装置3上，无线信号接收装置3用于接收无线传输发射装置发出的信号并将感应到的信号还原成高频电能信号传递给压电振子，压电振子具有压电效应，利用压电振子的压电效应将频率电信号转换为高频机械振动，并通过变幅杆12对机械振动进行放大并传输至其前端的加工工具5上，加工工具5由超声波振动及机床主轴转动共同进行驱动，实现对工件的超声加工。

请继续参阅附图7和图7a所示，超声波刀柄还包括压盖6，刀柄本体2的内腔21侧壁上设置有台阶22，法兰11的后端面连接于台阶22，压盖6套设于变幅杆12的外周并连接法兰11的前端面；压盖6连接法兰 11至台阶22上能够进一步限定法兰11沿轴向方向的移动，从而防止法兰11相对于刀柄本体2发生偏移，保证变幅杆12不产生倾斜。

具体实施例中，超声波刀柄还包括减振垫7，参阅附图1b所示，减振垫7设于法兰11的后端面和台阶22之间；另外，减振垫7也可设于法兰11的前端面和压盖6之间；由于设置减振垫7能够进一步防止刀柄本体2发生振动，同时，减振垫7还能起到防尘、防水的作用。继续参阅附图1b所示，在法兰11的后端面与台阶22之间设置有密封圈8。优选地，为了便于焊接，上述减振垫7采用耐高温的减振垫7。

参阅附图7和图7a所示，本实施例中，法兰11的外缘设有焊接位 111，法兰11通过焊接位111与刀柄本体2的内腔21的内侧壁焊接；通过法兰11的外缘上的焊接位111与刀柄本体2焊接，能够保证法兰11与刀柄本体2安装牢固可靠，且可减少超声波振动向刀柄本体2的传递。

作为可替换方案，参阅图7b所示，超声波刀柄设置有销钉4，销钉4的两端分别安装于法兰11的后端面的安装孔112及台阶22，以连接刀柄本体2及变幅杆12；通过利用销钉4连接变幅杆12及刀柄本体2，相对于通过法兰11外缘与刀柄本体2之间通过焊接相连，能够减弱变幅杆12和刀柄本体2之间的连接强度，从而进一步减少超声波振动经法兰11传递至刀柄本体2上。

示例性地，本实施例中，刀柄本体2的后端设置有用于与机床主轴连接的拉钉9。

综上，本实用新型实施例提供一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器1，其通过在法兰11上设置有减振结构，该减振结构包括开设于所述法兰11的至少一个端面的减振槽结构，所述减振槽结构包括一个或多个槽体，至少一个槽体的深度大于所述法兰11的厚度的一半，通过开设减振槽结构可以对法兰进行减材处理，使得法兰的强度减弱，且将槽体的深度设为大于法兰11的厚度的一半，可以避免超声波振动直径由沿法兰11厚度方向的中心位置径向向外传递，而将超声波振动向法兰11的四周传递扩散，超声波振动经减振槽结构可以大幅度减少，只有少量的超声波振动经较窄的法兰11端面传递，由此能够有效减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上，且能够减少超声波振动能量的损失，确保超声波振动能量有效地传递到加工工具上，并通过加工工具传递到被加工材料上，以提高加工工具的超声加工效率。

本实用新型中实施例中的超声波刀柄，能够减少超声波振动传递至刀柄本体2，进而避免超声波振动通过刀柄本体2传递至机床主轴上以对机床主轴的转动产生干涉，且能够避免超声波振动冲击机床主轴造成主轴损坏。

进一步地，将法兰11设于换能器本体10的振动节点(即振动零点) 处，由此可进一步减少超声波振动经法兰11传递至超声波装置本体上。

更进一步，法兰11通过其上的焊接位111与超声波装置本体焊接，通过焊接的方式，其与通过紧固件连接的方式相比，一方面法兰11 上不需要开设安装孔，节省了法兰11的空间，另一方面，焊接的方式能够保证换能器1与超声波装置本体连接稳固可靠，提高其超声波装置的使用寿命。

更进一步地，法兰11前后端分别开设了多种不同结构和形状的减振槽结构，且间隔非环形设置的减振槽结构的深度较深，环形设置的减振槽结构的深度较浅，较深的减振槽结构可以更大幅度地减少超声波振动，而较浅的减振槽结构在减少超声波振动的同时，确保了法兰 11的整体刚度。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (27)

1.一种具有多向隔振功能、用于超声波装置的换能器，其特征在于，包括换能器本体及设于所述换能器本体外周的法兰，所述换能器本体的前端用于安装加工工具，所述法兰上设置有用于减少超声波振动从所述换能器向超声波装置本体传递的减振结构；

所述减振结构包括开设于所述法兰的至少一个端面的减振槽结构，所述减振槽结构包括一个或多个槽体，至少一个所述槽体的深度大于所述法兰的厚度的一半。

2.如权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述法兰设于所述换能器本体的振动节点处。

3.如权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；将所述第一减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L1，所述第二减振槽结构中深度最大的槽体的深度设为L2，所述法兰的厚度设为L，其中，L1+L2≥L。

4.如权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述法兰上设有用于与所述超声波装置本体焊接的焊接位。

5.如权利要求4所述的换能器，其特征在于，所述焊接位设于所述法兰的外缘。

6.如权利要求5所述的换能器，其特征在于，所述焊接位设于所述法兰径向的振动节点处。

7.如权利要求5所述的换能器，其特征在于，所述焊接位设于所述法兰的外径最大的区域。

8.如权利要求4所述的换能器，其特征在于，所述焊接位偏离所述法兰沿其厚度方向的中心线位置。

9.如权利要求7所述的换能器，其特征在于，沿所述换能器本体的轴向的截面上观察时，所述焊接位为与所述换能器本体的轴向平行的直线。

10.如权利要求1-9任一项所述的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第一环形凹槽；所述第二减振槽结构包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第二环形凹槽；所述第二环形凹槽的直径大于所述第一环形凹槽的直径。

11.如权利要求10所述的换能器，其特征在于，所述第一环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

12.如权利要求11所述的换能器，其特征在于，所述第一减振槽结构还包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第三环形凹槽，所述第三环形凹槽的直径大于所述第二环形凹槽的直径。

13.如权利要求1-9任一项所述的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括以所述法兰的前端面的中心为圆心开设的第四环形凹槽，所述第二减振槽结构包括若干第一减振孔，各所述第一减振孔沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，且各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径；

且所述第一减振孔的深度大于所述第四环形凹槽的深度。

14.如权利要求13所述的换能器，其特征在于，所述第四环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

15.如权利要求13所述的换能器，其特征在于，所述第一减振槽结构还包括开设于所述法兰的前端面的若干第二减振孔，各所述第二减振孔沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第六环形凹槽；各所述第二减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第四环形凹槽的直径，各所述第一减振孔围合形成的圆形的直径大于所述第六环形凹槽的直径；所述第一减振孔和所述第二减振孔错开布置；

所述第二减振孔的深度大于所述第六环形凹槽的深度。

16.如权利要求15所述的换能器，其特征在于，所述第六环形凹槽设于所述法兰与所述换能器本体的连接处。

17.如权利要求1-9任一项所述的换能器，其特征在于，所述法兰的两个端面均开设有所述减振槽结构，其中，开设于所述法兰的前端面的减振槽结构为第一减振槽结构，开设于所述法兰的后端面的减振槽结构为第二减振槽结构；所述第一减振槽结构包括若干第一弧形槽，所述第二减振槽结构包括若干第二弧形槽，所述第一弧形槽及第二弧形槽均为朝所述法兰径向外侧凸起的圆弧段；

且各所述第一弧形槽沿所述法兰的前端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽沿所述法兰的后端面的中心周向间隔设置，各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径比各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径小。

18.如权利要求17所述的换能器，其特征在于，所述第二减振槽结构还包括以所述法兰的后端面的中心为圆心开设的第五环形凹槽，所述第五环形凹槽的直径小于各所述第一弧形槽围合成的圆形的直径，且大于各所述第二弧形槽围合成的圆形的直径；

且所述第一弧形槽的深度和第二弧形槽的深度均大于所述第五环形凹槽的深度。

19.如权利要求1-9任一项所述的换能器，其特征在于，所述换能器本体包括变幅杆及安装于所述变幅杆后端的压电振子，所述变幅杆的前端用于与加工工具连接，所述法兰一体成型于所述变幅杆的外缘。

20.如权利要求1-9任一项所述的换能器，其特征在于，所述换能器本体包括前端盖及安装于所述前端盖后端的压电振子，所述前端盖的前端用于与加工工具连接，所述法兰一体成型于所述前端盖的外缘。

21.如权利要求1-9任一项所述的换能器，其特征在于，所述法兰的后端面开设有用于与超声波装置本体紧固连接的安装孔。

22.一种超声波刀柄，其特征在于，包括刀柄本体、无线信号接收装置及如权利要求1-21中任一项所述的换能器；

所述刀柄本体为所述超声波装置本体，所述刀柄本体的后端用于与机床主轴连接，所述刀柄本体的前端开设有内腔，所述无线信号接收装置安装于所述刀柄本体的外周上并用于与外部设置的无线信号发射装置通信连接，所述换能器与所述无线信号接收装置电性连接，所述换能器的后端安装于所述内腔内，且所述法兰与所述刀柄本体固定相连。

23.如权利要求22所述的超声波刀柄，其特征在于，还包括压盖，所述刀柄本体的内腔侧壁上设置有台阶，所述法兰的后端面抵接所述台阶，所述压盖套设于所述换能器的外周并抵接所述法兰的前端面。

24.如权利要求23所述的超声波刀柄，其特征在于，还包括减振垫，所述减振垫设于所述法兰的后端面和所述台阶之间或者所述减振垫设于所述法兰的前端面和所述压盖之间。

25.如权利要求24所述的超声波刀柄，其特征在于，所述减振垫由耐高温材料制成。

26.如权利要求22所述的超声波刀柄，其特征在于，所述法兰的外缘设有焊接位，所述法兰通过所述焊接位与所述刀柄本体的安装腔的内侧壁焊接。

27.如权利要求23所述的超声波刀柄，其特征在于，还包括销钉，所述销钉的两端分别安装于所述法兰的后端面及所述台阶，以连接所述刀柄本体及所述法兰。