本發(fā)明涉及一種超聲加工裝置，具體涉及一種非接觸感應(yīng)供電的橢圓超聲加工裝置。屬于超聲加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超聲加工技術(shù)是在傳統(tǒng)切削加工的基礎(chǔ)上，復(fù)合以超聲頻的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)去除材料的一種特種加工方法。與傳統(tǒng)切削加工相比，超聲加工能夠降低切削力、切削溫度，減小刀具磨損，提高表面精度。因而，適合各種難加工材料和難加工結(jié)構(gòu)的加工，尤其適合陶瓷、玻璃等硬脆材料和碳纖維復(fù)合材料的精加工。

超聲加工的振動(dòng)形式有單相振動(dòng)和橢圓振動(dòng)兩種。橢圓振動(dòng)是通過對(duì)兩組獨(dú)立的壓電陶瓷堆進(jìn)行激振，從而在兩個(gè)相互垂直的方向上產(chǎn)生振動(dòng)，其構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓。與單相振動(dòng)相比，橢圓振動(dòng)具有更低的切削力和更優(yōu)的工藝效果。

公告號(hào)為cn103157593a，公告日期為2013.06.19的中國(guó)發(fā)明專利《一種超聲橢圓振動(dòng)銑削刀柄裝置》，該刀柄末端是一個(gè)高精度加長(zhǎng)桿，通過彈簧夾頭與機(jī)床刀盤連接，并通過導(dǎo)電滑環(huán)對(duì)旋轉(zhuǎn)的橢圓超聲換能器供電。公告號(hào)為cn104624461a，公告日期為2015.05.20的中國(guó)發(fā)明專利《一種側(cè)向激勵(lì)式超聲橢圓振動(dòng)銑削刀柄》，采用標(biāo)準(zhǔn)的bt50刀柄與機(jī)床主軸連接，并通過導(dǎo)電滑環(huán)對(duì)旋轉(zhuǎn)的橢圓超聲換能器供電。

現(xiàn)有發(fā)明的橢圓超聲加工裝置，其供電方式均為機(jī)械接觸式供電，機(jī)械觸點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)過程中容易產(chǎn)生火花，轉(zhuǎn)速受限，尤其是無法滿足數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種非接觸感應(yīng)供電的橢圓超聲加工裝置，以滿足超聲主軸高速旋轉(zhuǎn)、供電穩(wěn)定可靠、以及自動(dòng)換刀的要求。尤其是，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)橢圓超聲加工裝置的供電，需要兩路獨(dú)立的感應(yīng)供電信號(hào)。

(二)技術(shù)方案：

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明擬采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明是一種非接觸感應(yīng)供電的橢圓超聲加工裝置，其主要由感應(yīng)供電裝置(9)和橢圓超聲刀柄(2)兩部分組成；感應(yīng)供電裝置(9)的感應(yīng)供電副邊(92)固定到橢圓超聲刀柄(2)的bt刀柄殼(6)上，感應(yīng)供電原邊(91)在橢圓超聲刀柄(2)的外側(cè)，為內(nèi)外同心圓，兩者保持較小的間隙，并通過支架(10)固定到數(shù)控加工中心機(jī)床主軸座(5)上保持靜止不動(dòng)；橢圓超聲刀柄(2)通過錐柄(61)固定在數(shù)控加工中心機(jī)床主軸(4)上，隨該主軸(4)高速旋轉(zhuǎn)；

所述感應(yīng)供電裝置(9)是由兩個(gè)獨(dú)立的松耦合變壓器組成，沿軸線方向上下排布，每個(gè)松耦合變壓器由感應(yīng)供電原邊(91)和感應(yīng)供電副邊(92)組成；感應(yīng)供電原邊(91)通過支架(10)與數(shù)控加工中心機(jī)床主軸座(5)連接保持靜止不動(dòng)，感應(yīng)供電副邊(92)固定到bt刀柄殼(6)上隨數(shù)控加工中心機(jī)床主軸座(5)中的數(shù)控加工中心機(jī)床主軸(4)高速旋轉(zhuǎn)，兩者保持較小的間隙；

該感應(yīng)供電原邊(91)是由原邊磁芯座(911)、原邊磁芯(912)、原邊線圈(913)組成；原邊線圈(913)纏繞在原邊磁芯(912)的u型內(nèi)圓槽內(nèi)以及外圓面之上，并通過原邊磁芯座(911)外部的穿線孔(9112)與外部的超聲電源連接，原邊磁芯(912)和原邊線圈(913)，兩者共同位于原邊磁芯座(911)的內(nèi)部；

該原邊磁芯座(911)是周向?yàn)?50°的不完整圓環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有階梯型u型槽用于放置原邊磁芯(912)和原邊線圈(913)，外部有和支架(10)連接的支架孔(9111)以及原邊線圈(913)的穿線孔(9112)；

該原邊磁芯(912)周向?yàn)?20°的不完整圓環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)圓面開有u型槽；

該原邊線圈(913)為多股漆包線，內(nèi)部為銅線，外部有絕緣漆和尼龍?zhí)祝?/p>

該感應(yīng)供電副邊(92)是由副邊磁芯座(63)、副邊磁芯(921)、副邊線圈(922)組成；副邊磁芯座(63)固定到橢圓超聲刀柄(2)之上，副邊磁芯(921)位于副邊磁芯座(63)的u型槽的內(nèi)部，副邊線圈(922)纏繞在副邊磁芯(921)的u型槽內(nèi)部，并通過副邊磁芯座(63)上的穿線孔(65)與bt刀柄殼(6)內(nèi)部的橢圓超聲換能器(7)連接；

該副邊磁芯座(63)與bt刀柄殼(6)一體，有沿軸線方向排列的兩個(gè)u型環(huán)槽組成，為整圓結(jié)構(gòu)，u型環(huán)槽的寬度與副邊磁芯(921)的寬度一致，u型環(huán)槽底部有并排的兩個(gè)穿線孔(65)呈180°對(duì)稱分布；

該副邊磁芯(921)是由兩個(gè)半圓環(huán)形的磁芯拼接而成，放置在副邊磁芯座(63)內(nèi)部，其外圓面開有u型槽，其材料為錳鋅鐵氧體；

該副邊線圈(922)為多股漆包線，內(nèi)部為銅線，外部有絕緣漆和尼龍?zhí)祝?/p>

所述橢圓超聲刀柄(2)是由bt刀柄殼(6)、橢圓超聲換能器(7)、刀具(8)、拉釘(3)及螺栓(11)組成；刀具(8)通過熱裝頭(81)與橢圓超聲換能器(7)連接，橢圓超聲換能器(7)通過螺栓(11)固定到bt刀柄殼(6)的內(nèi)部，整個(gè)橢圓超聲刀柄(2)通過拉釘(3)固定到數(shù)控加工中心機(jī)床主軸(4)之上隨該主軸(4)高速旋轉(zhuǎn)；

該bt刀柄殼(6)在標(biāo)準(zhǔn)bt刀柄基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)改造而成，包括錐柄(61)、環(huán)形凹槽(62)、副邊磁芯座(63)、內(nèi)腔(64)、螺栓孔(66)；錐柄(61)位于尾部，用于和數(shù)控加工中心機(jī)床主軸(4)連接，環(huán)形凹槽(62)位于bt刀柄殼(6)中部，副邊磁芯座(63)位于bt刀柄殼(6)的頭部，其u型槽底部開有穿線孔，bt刀柄殼(6)內(nèi)部開有內(nèi)腔；

該錐柄(61)與標(biāo)準(zhǔn)bt刀柄的錐柄一致，可以固定到數(shù)控加工中心機(jī)床主軸(4)上，隨數(shù)控加工中心機(jī)床主軸(4)高速旋轉(zhuǎn)；

該環(huán)形凹槽(62)與標(biāo)準(zhǔn)bt刀柄的環(huán)形凹槽一致，滿足換刀機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀；

該副邊磁芯座(63)在介紹感應(yīng)供電裝置(9)時(shí)已經(jīng)介紹，這里不再贅述。

該內(nèi)腔(64)是階梯型圓柱空腔結(jié)構(gòu)，用于放置橢圓超聲換能器(7)；

該螺栓孔(66)是m4*1的螺紋孔，用于橢圓超聲換能器(7)法蘭盤的固定；

該橢圓超聲換能器(7)由變幅桿(71)、壓電陶瓷堆(72)、后蓋板(74)、銅電極(73)、絕緣套(75)組成；變幅桿(71)大端設(shè)有螺桿(711)，其外徑套有絕緣套(75)，后蓋板(74)內(nèi)孔有螺紋通過一定的預(yù)緊力將壓電陶瓷堆(72)壓合在一起；

該變幅桿(71)是階梯型圓柱結(jié)構(gòu)，保證基準(zhǔn)同軸，大端設(shè)有螺桿(711)，小端設(shè)有螺紋孔，用于熱裝頭(81)的固定。該變幅桿(71)的中部設(shè)有法蘭盤，用于固定到bt刀柄殼(6)的內(nèi)腔；

該壓電陶瓷堆(72)是由四組半圓型陶瓷片按照不同的極化方向排布組成；

該后蓋板(74)是內(nèi)部帶有螺紋孔的圓柱型結(jié)構(gòu)，與壓電陶瓷堆(72)接觸的表面光滑；

該銅電極(73)是圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，厚度為0.2mm，其外徑和內(nèi)徑與壓電陶瓷堆(72)保持一致；

該絕緣套(75)是圓管狀結(jié)構(gòu)，材料為絕緣材料，如四氟乙烯、尼龍等，套在變幅桿(71)設(shè)有的螺桿(711)之上，使銅電極(73)之間絕緣；

該刀具(8)根據(jù)加工類型的不同可以按照需要選擇銑刀、鉆頭、金剛石套磨刀等；該刀具(8)通過熱裝的形式與熱裝頭(81)之間緊配合，熱裝頭(81)通過螺紋的形式固定到橢圓超聲換能器(7)的變幅桿(71)前端。

(三)優(yōu)點(diǎn)和功效

綜合以上所述，可知本發(fā)明是利用雙相非接觸感應(yīng)供電的橢圓超聲加工裝置。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

(1)所述感應(yīng)供電原邊與所述感應(yīng)供電副邊空間位置關(guān)系布置為內(nèi)外同心圓式，該副邊在內(nèi)側(cè)，減小了橢圓超聲刀柄的回轉(zhuǎn)半徑，降低了其回轉(zhuǎn)慣量，提升了橢圓超聲刀柄的回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

(2)所述感應(yīng)供電原邊結(jié)構(gòu)是周向上只有大約150°圓周的不完整圓環(huán)柱狀結(jié)構(gòu)，可以避開換刀機(jī)械手的工作空間，且該原邊與該副邊相互之間不存在任何的機(jī)械連接，可在不對(duì)數(shù)控加工中心機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)的情況下，滿足自動(dòng)換刀條件。

(3)所述感應(yīng)供電裝置的兩個(gè)獨(dú)立的松耦合變壓器沿主軸軸線方向上下排布，二者結(jié)構(gòu)相同，且互不干涉，滿足所述橢圓超聲刀柄兩相供電的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的感應(yīng)供電原邊組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的bt刀柄殼外形示意圖。

圖4是本發(fā)明的橢圓超聲換能器組成結(jié)構(gòu)爆炸圖。

圖中序號(hào)說明如下：

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例如附圖1所示，包括橢圓超聲電源1，感應(yīng)供電裝置9，橢圓超聲刀柄2，數(shù)控加工中心主軸4。下面結(jié)合附圖1、2、3、4對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。

本發(fā)明一種非接觸感應(yīng)供電的橢圓超聲加工裝置，見圖1所示，其主要由感應(yīng)供電裝置9和橢圓超聲刀柄2兩部分組成；感應(yīng)供電裝置9的感應(yīng)供電副邊92固定到橢圓超聲刀柄2的bt刀柄殼6上，感應(yīng)供電原邊91在橢圓超聲刀柄2的外側(cè)，為內(nèi)外同心圓，兩者保持較小的間隙，并通過支架10固定到數(shù)控加工中心機(jī)床主軸座5上保持靜止不動(dòng)；橢圓超聲刀柄2通過錐柄61固定在數(shù)控加工中心機(jī)床主軸4上，隨該主軸4高速旋轉(zhuǎn)；橢圓超聲電源1獨(dú)立于數(shù)控加工中心之外靜止不動(dòng)。在具體加工過程中，由橢圓超聲電源1提供激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)過感應(yīng)供電裝置9實(shí)現(xiàn)橢圓超聲刀柄2供電。

所述橢圓超聲電源1輸出信號(hào)頻率范圍為15khz～40khz，頻率分辨率為1hz。

所述感應(yīng)供電裝置9是由兩個(gè)獨(dú)立的松耦合變壓器組成，沿軸線方向上下排布，每個(gè)松耦合變壓器由感應(yīng)供電原邊91和感應(yīng)供電副邊92組成；感應(yīng)供電原邊91通過支架10與數(shù)控加工中心機(jī)床主軸座5連接保持靜止不動(dòng)，感應(yīng)供電副邊92固定到bt刀柄殼6上隨數(shù)控加工中心機(jī)床主軸座5中的數(shù)控加工中心機(jī)床主軸4高速旋轉(zhuǎn)，兩者保持較小的間隙。

該感應(yīng)供電原邊91是由原邊磁芯座911、原邊磁芯912、原邊線圈913組成；原邊線圈913纏繞在原邊磁芯912的u型內(nèi)圓槽內(nèi)以及外圓面之上，并通過原邊磁芯座911外部的穿線孔9112與外部的橢圓超聲電源1連接，原邊磁芯912和原邊線圈913共同位于原邊磁芯座911的內(nèi)部并用環(huán)氧樹脂膠密封，見圖2所示。

該原邊磁芯座911是周向?yàn)?50°的不完整圓環(huán)結(jié)構(gòu)，以滿足自動(dòng)換刀，內(nèi)部開有階梯型u型槽用于放置原邊磁芯912和原邊線圈913，外部有和支架10連接的支架孔9111以及原邊線圈913的穿線孔9112。

該原邊磁芯912周向?yàn)?20°的不完整圓環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)圓面開有u型槽，其材料選用錳鋅鐵氧體，用以提高能量轉(zhuǎn)換效率。

該原邊線圈913為0.1*50芯漆包線，內(nèi)部為銅線，外部有絕緣漆和尼龍?zhí)祝褦?shù)一般為40-60匝。

該感應(yīng)供電副邊92是由副邊磁芯座63、副邊磁芯921、副邊線圈922組成；副邊磁芯座63固定到橢圓超聲刀柄2之上，副邊磁芯921位于副邊磁芯座63的u型槽的內(nèi)部，副邊線圈922纏繞在副邊磁芯921的u型槽內(nèi)部，并通過副邊磁芯座63上的穿線孔65與bt刀柄殼6內(nèi)部的橢圓超聲換能器7上的銅電極73連接，具體匝數(shù)根據(jù)橢圓超聲換能器7所匹配的電感來決定，副邊線圈922纏繞在副邊磁芯921內(nèi)部并用環(huán)氧樹脂膠密封。

該副邊磁芯座63與bt刀柄殼6一體，見圖3所示，有沿軸線方向排列的兩個(gè)u型環(huán)槽組成，為整圓結(jié)構(gòu)，u型環(huán)槽的寬度與副邊磁芯921的寬度一致，兩者為松配合關(guān)系，u型槽的內(nèi)徑與副邊磁芯921的內(nèi)徑一致，u型槽的外徑與副邊磁芯921的外徑一致，u型環(huán)槽底部有并排的兩個(gè)穿線孔65呈180°對(duì)稱分布，使副邊線圈922得以穿過。

該副邊磁芯921是由兩個(gè)半圓環(huán)形的磁芯拼接而成，放置在副邊磁芯座63內(nèi)部，其外圓面開有u型槽，其材料為錳鋅鐵氧體。

該副邊線圈922為多股漆包線，內(nèi)部為銅線，外部保有絕緣漆和尼龍?zhí)住?/p>

所述橢圓超聲刀柄2是由bt刀柄殼6、橢圓超聲換能器7、刀具8、拉釘3及螺栓11組成；刀具8通過熱裝頭81與橢圓超聲換能器7連接，橢圓超聲換能器7通過螺栓11固定到bt刀柄殼6的內(nèi)部，整個(gè)橢圓超聲刀柄2通過拉釘3固定到數(shù)控加工中心機(jī)床主軸4之上隨該主軸高速旋轉(zhuǎn)。

該bt刀柄殼6在標(biāo)準(zhǔn)bt刀柄基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)改造而成，包括錐柄61、環(huán)形凹槽62、副邊磁芯座63、內(nèi)腔64、螺栓孔66；錐柄61位于尾部，環(huán)形凹槽62位于bt刀柄殼6中部，副邊磁芯座63位于bt刀柄殼6的頭部，其u型槽底部開有穿線孔，bt刀柄殼6內(nèi)部開有內(nèi)腔，見圖3所示。

該錐柄61與標(biāo)準(zhǔn)bt刀柄的錐柄一致，可以固定到數(shù)控加工中心機(jī)床主軸4上。

該環(huán)形凹槽62與標(biāo)準(zhǔn)bt刀柄的環(huán)形凹槽一致，滿足換刀機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。

該副邊磁芯座63在介紹感應(yīng)供電裝置9時(shí)已經(jīng)介紹，這里不再贅述。

該內(nèi)腔64是同心圓柱空腔，一是可以放置橢圓超聲換能器7，二是用來通氣實(shí)現(xiàn)氣冷；。

該螺栓孔66是m4*1的螺紋孔，用于橢圓超聲換能器7法蘭盤的固定。

該橢圓超聲換能器7由變幅桿71、壓電陶瓷堆72、后蓋板74、銅電極73、絕緣套75組成；變幅桿71大端設(shè)有螺桿711，其外徑套有絕緣套75，后蓋板74內(nèi)孔有螺紋通過一定的預(yù)緊力將壓電陶瓷堆72壓合在一起，保證基準(zhǔn)同軸，壓電陶瓷堆72通過銅電極73與副邊線圈922實(shí)現(xiàn)電氣連接，見圖4所示。

該變幅桿71是階梯型圓柱結(jié)構(gòu)，保證基準(zhǔn)同軸，材料為不銹鋼，大端設(shè)有螺桿711，小端設(shè)有螺紋孔，用于熱裝頭81的固定。該變幅桿71的中部設(shè)有法蘭盤，用于固定到bt刀柄殼6的內(nèi)腔。

該壓電陶瓷堆72是由四組半圓型陶瓷片按照不同的極化方向排布組成，材料為pzt-8。

該后蓋板74是內(nèi)部帶有螺紋孔的圓柱型結(jié)構(gòu)，材料為不銹鋼，與壓電陶瓷堆72接觸的表面要光滑。

該銅電極73是圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，厚度為0.2mm，其外徑和內(nèi)徑與壓電陶瓷堆72保持一致。

該絕緣套75是圓管狀結(jié)構(gòu)，材料為絕緣材料，如四氟乙烯、尼龍等，套在變幅桿71設(shè)有的螺桿711之上，使銅電極73正負(fù)極之間絕緣。

該刀具8為四刃標(biāo)準(zhǔn)銑刀。該刀具8通過熱裝的形式與熱裝頭81之間緊配合，熱裝頭81通過螺紋的形式固定到橢圓超聲換能器7的變幅桿71前端。

綜上所述，可知本發(fā)明是一種非接觸感應(yīng)供電的橢圓超聲加工裝置，用于超聲加工。本發(fā)明所用的感應(yīng)供電裝置9由于所述感應(yīng)供電原邊91和所述感應(yīng)供電副邊92之間是分開的，造成該原邊91與該副邊92之間存在不可忽略的漏感，在該原邊91的回路與該副邊92的回路中引起較大的無功功率消耗，造成所述感應(yīng)供電裝置9傳輸能力的降低，因此需要在所述感應(yīng)供電裝置9的回路上增加容性補(bǔ)償元件，以消除漏感對(duì)所述感應(yīng)供電裝置9的傳輸能力造成的不利影響。本加工裝置是利用所述橢圓超聲換能器7的容抗和所述感應(yīng)供電副邊92的漏感直接進(jìn)行阻抗匹配，這樣就在不增加任何補(bǔ)償元件的情況下，既保證了橢圓超聲換能器7的阻抗匹配，又補(bǔ)償了所述感應(yīng)供電裝置9因漏感而產(chǎn)生的無功能量損失。這種措施，既保證了橢圓超聲換能器7具有優(yōu)良的振動(dòng)效果，并且結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，回轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

本發(fā)明的工作過程：橢圓超聲刀柄2隨數(shù)控加工中心機(jī)床主軸4高速旋轉(zhuǎn)，橢圓超聲電源1輸出兩路頻率相同、具有一定相位差的超聲頻電壓信號(hào)，通過導(dǎo)線傳輸?shù)皆吘€圈913上，感應(yīng)供電原邊91產(chǎn)生兩路交變磁通并感應(yīng)到兩個(gè)感應(yīng)供電副邊92，根據(jù)楞次定律使感應(yīng)供電副邊92產(chǎn)生電流，通過副邊線圈922實(shí)現(xiàn)橢圓超聲換能器7的兩相供電。利用壓電陶瓷堆72的逆壓電效應(yīng)，橢圓超聲換能器7在兩個(gè)相互垂直的方向上產(chǎn)生振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)刀具8產(chǎn)生橢圓振動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行超聲銑削加工，大幅提高切削效率和工藝效果。加工過程中換刀機(jī)械手可以自動(dòng)換刀，并且可以在切削液環(huán)境下切削。

以上所述，僅為本發(fā)明部分具體實(shí)例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的人員，在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。