不同于傳統(tǒng)的加工技術(shù)，超聲切割技術(shù)的基本原理是利用一個(gè)電子超聲發(fā)生器產(chǎn)生一定范圍頻率的超聲波，然后通過(guò)置于超聲切割頭內(nèi)的超聲-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，將原本振幅和能量都很小的超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成同頻率的機(jī)械振動(dòng)，再通過(guò)共振放大，得到足夠大的、可以滿足切割工件要求的振幅和能量（功率），將這部分能量傳導(dǎo)至超聲切割頭頂端的刀具上進(jìn)行預(yù)浸帶的切割加工。根據(jù)鋪帶工藝及預(yù)浸料超聲切割的實(shí)際要求，結(jié)合國(guó)內(nèi)外超聲波應(yīng)用研究成果，自行設(shè)計(jì)研制的超聲切割系統(tǒng)主要包括超聲切割發(fā)生器、超聲切割振動(dòng)系統(tǒng)和超聲切割機(jī)械裝置3個(gè)組成部分。其中，超聲振幅的提供與控制由超聲發(fā)生器和超聲切刀完成；機(jī)械平臺(tái)主要控制超聲切刀的橫向運(yùn)動(dòng)、繞自身的轉(zhuǎn)動(dòng)及通過(guò)氣動(dòng)控制系統(tǒng)提供切割壓力。

超聲切割發(fā)生器　
超聲切割發(fā)生器即超聲波電源，它的作用是將220V或380V的交流電轉(zhuǎn)化為超聲頻的電振蕩信號(hào)。一般情況下，超聲裝置單獨(dú)使用時(shí)效果不錯(cuò)，主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)整體阻抗固定，功率易于匹配。而實(shí)際使用時(shí)，裝置安裝在整體設(shè)備上，受負(fù)載、干擾及溫度等諸多因素的影響，常引起諧振頻率、等效阻抗等系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生漂移變化，使超聲發(fā)生器的頻率與換能器的頻率不匹配，導(dǎo)致輸出功率損耗較大，換能器的振幅下降，無(wú)法保證切割質(zhì)量和效率。本系統(tǒng)中的超聲發(fā)生器具有頻率自動(dòng)跟蹤功能，通過(guò)軟硬件實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤，使阻抗和頻率隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變化，達(dá)到實(shí)時(shí)匹配，從而使超聲振動(dòng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)換效率。

超聲切割振動(dòng)系統(tǒng)　
超聲切割振動(dòng)系統(tǒng)主要由超聲換能器、超聲變幅桿、切割刀片。其中，超聲換能器的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)；變幅桿是超聲加工設(shè)備中的一個(gè)重要組成部分。它主要有兩個(gè)作用：（1）聚能作用即將機(jī)械振動(dòng)位移或速度振幅放大，或者把能量集中在較小的輻射面上進(jìn)行聚能；（2）有效地將聲能傳遞給負(fù)載作為機(jī)械阻抗的變換器，在換能器和聲負(fù)載之間進(jìn)行阻抗匹配，使超聲能量由換能器更有效地向負(fù)載傳輸。　　本系統(tǒng)采用的超聲變幅桿和切割刀片的組合形式，為了獲得較大的振幅放大倍數(shù)（Am），采用階梯形變幅桿；為了改善或減弱截面突變處的應(yīng)力集中，在截面突變處采用圓弧過(guò)渡方式。

（1）切割刀片尺寸的影響
通過(guò)變換不同長(zhǎng)度與寬度的切割刀片（厚度不變）與換能器進(jìn)行匹配，在有限元分析下得出隨著刀片長(zhǎng)度的增加，整體固有頻率下降的規(guī)律，且下降的規(guī)律基本呈線性變化；而刀片寬度變大時(shí)，整體固有頻率也下降,且下降趨勢(shì)更大一些。另外，隨著刀片長(zhǎng)度的增加，超聲變幅桿和切割刀片組合后的放大倍數(shù)（Am）呈上升趨勢(shì)；隨著刀片寬度的降低，放大倍數(shù)略有上升。因此可以選取合適的長(zhǎng)度與寬度調(diào)整整體固有頻率和振幅放大系數(shù)。

（2）切割刀片材料的影響
切割刀片材料的改變必然對(duì)組合體的聲學(xué)參量產(chǎn)生一定的影響。為了研究材料性質(zhì)的影響而又不失實(shí)用性，選取的刀片材料分別為硬質(zhì)合金和鋁。通過(guò)有限元方法分析了刀片材料對(duì)整體超聲性質(zhì)的影響，由模擬結(jié)果可以得出，選擇硬鋁為切割刀片材料對(duì)組合體的固有頻率影響很小；材料為硬質(zhì)合金時(shí)，固有頻率變化范圍很大。從振幅放大倍數(shù)的有限元分析結(jié)果來(lái)看，材料性質(zhì)的改變對(duì)振幅放大倍數(shù)影響不大。　
切割刀片的加入使得整體的固有頻率下降，為了與超聲振子的頻率匹配，提高超聲變幅桿的固有頻率可以減小乃至抵消加入切割刀片引起的頻率下降。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析出結(jié)果與模擬的結(jié)果十分接近。　

超聲切割機(jī)械裝置
超聲波切割機(jī)械裝置包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)控制選項(xiàng)和機(jī)械平臺(tái)，主要完成切割壓力的施加、切割深度的精確定位、切割速度的控制和切割工件的固定等幾項(xiàng)功能。