工具頭作為超聲波焊接機和物料的接觸界面，其主要功能是將由變幅器輸出的縱向機械振動(dòng)均勻有效地傳遞到物料上，所用的材料通常是優(yōu)質(zhì)鋁合金甚至鈦合金。因為塑料物料的設計變化多，外型千差萬(wàn)別，工具頭也要隨之而變化。工作面的形狀要與物料配合良好，在振動(dòng)時(shí)才不至于損傷塑料表明;同時(shí)其一階縱向振動(dòng)固由頻率要與焊接機的輸出頻率協(xié)調，否則振動(dòng)能量會(huì )被內耗掉。工具頭在振動(dòng)時(shí)，局部會(huì )產(chǎn)生應力集中，如何優(yōu)化這些局部結構也是設計時(shí)需要考慮的問(wèn)題。本文就如何應用ANSYS設計工具頭，優(yōu)化設計參數和制造公差進(jìn)行探討。

　　如前所述，超聲波焊接工裝的設計相當重要。國內有不少超聲波設備供應商自行生產(chǎn)焊接工裝，但是他們中有相當一部分是仿制已有，然后不斷的修整工裝、測試，通過(guò)這種反復調整的方法達到工裝與設備頻率協(xié)調的目的。本文通過(guò)有限元方法，在設計工裝時(shí)就能把頻率確定，制造出來(lái)的工裝測試結果與設計頻率誤差不過(guò)1%。同時(shí)，本文引入DFSS(Design For Six Sigma)的理念，對工裝進(jìn)行優(yōu)化和健壯設計。6-Sigma設計的理念是在設計過(guò)程中充分收集客戶(hù)心聲進(jìn)行針對性的設計;并且預先考慮生產(chǎn)過(guò)程可能出現的偏差，保證產(chǎn)品的質(zhì)量分布在合理的水平內。設計流程如圖二所示，從制定設計指標開(kāi)始，首先根據已有經(jīng)驗初步設計工裝的結構和外型尺寸，在ANSYS中建立參數化模型，然后通過(guò)仿真實(shí)驗設計(DOE)方法確定模型中的重要參數，根據健壯要求，確定數值，接著(zhù)對其他參數用子問(wèn)題法進(jìn)行尋優(yōu)?？紤]到工裝在制造和使用過(guò)程中材料、環(huán)境參數的影響，還對其進(jìn)行了公差設計，滿(mǎn)足制造成本的要求。制造、測試檢驗理論設計和實(shí)際的誤差，滿(mǎn)足設計指標即交付使用。以下逐步進(jìn)行詳細介紹。