技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種超聲振動(dòng)加工機(jī)械領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于超聲加工中心自動(dòng)換刀的環(huán)繞式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
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超聲振動(dòng)加工是在普通切削、磨削、鉆削等加工方法的基礎(chǔ)上對(duì)的刀具或工件施以高頻振動(dòng)而形成的加工技術(shù)。與普通切削、磨削、鉆削加工方法相比，超聲振動(dòng)加工可降低加工過(guò)程中的切削力和切削熱，減少刀具磨損量，提高加工表面質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于硬脆性材料、振動(dòng)材料等難加工材料?，F(xiàn)代加工技術(shù)中既需要高精度和高表面質(zhì)量的加工技術(shù)，也需要大批量生產(chǎn)高精度和高表面質(zhì)量的工件，同時(shí)還需要加工中心上可以在一個(gè)工件上完成不同工藝的加工。特別是要保證零件加工精度和表面質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)在一個(gè)工件上完成不同工藝的加工，需要一種能夠滿足在加工中心上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能的超聲振動(dòng)加工設(shè)備。

超聲振動(dòng)加工設(shè)備中的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)線電能發(fā)射部分固定在加工中心的主軸外殼底部，無(wú)線電能接收部分則固定在刀柄上且隨著刀柄高速旋轉(zhuǎn)，如何將靜止設(shè)備輸出的高頻超聲電能信號(hào)有效地傳到高速旋轉(zhuǎn)的無(wú)線電能接收部分且要能夠?qū)崿F(xiàn)加工中心的自動(dòng)換刀功能是實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)加工的一個(gè)前提和難點(diǎn)。碳刷式電能傳輸系統(tǒng)的超聲振動(dòng)加工易出現(xiàn)碳刷磨損快、發(fā)熱量大、積碳大火等現(xiàn)象，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換到，不利于產(chǎn)品系列化及標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。傳統(tǒng)超聲振動(dòng)加工中的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)線電能發(fā)射部分為圓盤(pán)形，雖然這種形式的電能傳輸效率較高，但是也無(wú)法顯示自動(dòng)換刀，因此也不利于產(chǎn)品系列化及標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。如何在不改變機(jī)床本身結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)加工的自動(dòng)換刀功能，成為亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、操作方便并且能夠在不改變機(jī)床本身結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)超聲加工心自動(dòng)換刀的適用于超聲加工中心自動(dòng)換刀的環(huán)繞式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種適用于超聲加工中心自動(dòng)換刀的環(huán)繞式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括刀柄，所述刀柄的腔體內(nèi)設(shè)置有壓電陶瓷，所述刀柄的下端與變幅桿連接，所述刀柄的圓柱外壁上設(shè)置有圓盤(pán)形電能接收部，所述圓盤(pán)形電能接收部?jī)?nèi)設(shè)置有圓盤(pán)形鐵氧體和圓盤(pán)形電能接受線圈，所述圓盤(pán)形電能接受線圈通過(guò)導(dǎo)線與所述壓電陶瓷相連接，所述圓盤(pán)形電能接收部與所述刀柄同軸線設(shè)置，在超聲加工中心的主軸外殼底部設(shè)置有非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架，所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架上設(shè)置有非整圓的圓盤(pán)形鐵氧體和非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈，所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈和圓盤(pán)形電能接受線圈同軸線設(shè)置并環(huán)向相對(duì)，所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈環(huán)繞所述圓盤(pán)形電能接受線圈，并且二者之間設(shè)置有安裝間隙；所述壓電陶瓷通過(guò)壓電陶瓷壓板和螺栓固定在所述變幅桿上，形成一體式結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地：所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架為3/4-1/4整圓形結(jié)構(gòu)，所述非整圓的圓盤(pán)形鐵氧體和非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈均為3/4-1/4整圓形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地：所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架為1/4整圓形結(jié)構(gòu)，所述非整圓的圓盤(pán)形鐵氧體和非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈均為1/4整圓形結(jié)構(gòu)。

所述變幅桿為圓柱體，其下端內(nèi)部開(kāi)有錐孔，其上端設(shè)置有法蘭盤(pán)，所述法蘭盤(pán)與所述刀柄下端內(nèi)環(huán)槽的內(nèi)側(cè)面過(guò)盈配合，并且所述法蘭盤(pán)與所述刀柄之間設(shè)置有連接螺栓。

所述錐孔開(kāi)口向下且上小下大，所述變幅桿下端部外緣設(shè)有外螺紋，彈簧夾頭安裝在鎖緊螺母內(nèi)，鎖緊螺母螺紋連接在變幅桿下端，彈簧夾頭向上深入到內(nèi)錐形孔內(nèi)。

所述刀柄包括上側(cè)的加持部和自動(dòng)換刀卡槽，所述刀柄中部設(shè)有圓盤(pán)形電能接收部定位螺紋孔和引線孔。

所述圓盤(pán)形無(wú)線電能接受部的下端與所述刀柄的臺(tái)階上端接觸，形成軸向固定；所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架為通過(guò)一個(gè)窄固定支架與鐵氧體固定槽體相連的開(kāi)口圓環(huán)，所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架通過(guò)開(kāi)口圓環(huán)上的鎖緊箍固定。

所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架的內(nèi)環(huán)面上設(shè)置有環(huán)形凹槽，所述非整圓的圓盤(pán)形鐵氧體設(shè)置在所述環(huán)形凹槽中，所述非整圓的圓盤(pán)形鐵氧體上設(shè)置有環(huán)形槽，所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈設(shè)置在所述環(huán)形槽中，所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈和所述圓盤(pán)形電能接受線圈的環(huán)形面相對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈為一個(gè)或兩個(gè)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明在不改變加工中心機(jī)床的原有結(jié)構(gòu)的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)超聲振動(dòng)加工的自動(dòng)換刀，對(duì)提高超聲振動(dòng)加工效率具有十分重要的意義。

2、本發(fā)明四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈與圓盤(pán)形電能接收線圈的工作配合為四分之一圓環(huán)形的環(huán)向相對(duì)非接觸式供電方法，基于電磁轉(zhuǎn)換原理的四分之一環(huán)形非接觸式供電方法比傳統(tǒng)的接觸式電能傳輸方式有許多有點(diǎn)，首先四分之一環(huán)形非接觸式供電方法避免了利用裸露的導(dǎo)體相互接觸來(lái)傳遞電能，傳輸能力不易受到外部環(huán)境影響，同時(shí)也提高了安全性，其次相對(duì)于普通的圓盤(pán)式非接觸供電，四分之一環(huán)形非接觸式供電方法可以實(shí)現(xiàn)超聲加工中心的自動(dòng)換刀功能，具有更高的加工效率。

3、本發(fā)明的輸電方法為電磁感應(yīng)式四分之一環(huán)形非接觸供電方法，便隨著電能的無(wú)線傳輸必然會(huì)導(dǎo)致電能傳輸效率的下降，為了保證系統(tǒng)在工作時(shí)有足夠的輸出電壓，本發(fā)明的壓電陶瓷與變幅桿為一體化設(shè)計(jì)；一體化設(shè)計(jì)不僅可以有效縮短變幅桿的長(zhǎng)度，減輕刀柄系統(tǒng)的重量，還可以提高無(wú)線電能傳輸?shù)捻憫?yīng)能力。

4、本發(fā)明變幅桿通過(guò)法蘭盤(pán)與刀柄的下端內(nèi)側(cè)面過(guò)盈配合，提供高了變幅桿在刀柄內(nèi)的徑向定位精度，并且保證了刀柄、變幅桿以及壓電陶瓷的精確同軸度，增加了主軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性；另外，變幅桿的下部為內(nèi)部開(kāi)有錐孔的圓柱，可以增加變幅桿的振幅。

5、本發(fā)明在不改變現(xiàn)有加工中心機(jī)床的前提下，方便地使超聲加工中心機(jī)床能夠滿足自動(dòng)換刀的功能，提高了超聲振動(dòng)加工的效率，易于推廣實(shí)施，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明：

圖1為適用于超聲加工中心自動(dòng)換刀的環(huán)繞式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中適用于超聲加工中心自動(dòng)換刀的環(huán)繞式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的俯視圖；

圖3為圖1中四分之一形發(fā)射線圈支架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3中四分之一形發(fā)射線圈支架的俯視圖。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：參見(jiàn)圖1，圖中，1-壓電陶瓷壓板，2-圓盤(pán)形電能接收線圈，3-壓電陶瓷，4-四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架，5-鎖緊螺母，6-刀柄，7-螺栓，8-變幅桿，11-圓盤(pán)形鐵氧體，12-四分之一圓盤(pán)形鐵氧體，13-四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈，15-彈簧夾頭，21-圓盤(pán)形電能接收部，40-鐵氧體固定槽體，41-開(kāi)口圓環(huán)，42-窄固定支架，60-加持部，61-自動(dòng)換刀卡槽，62-螺紋孔，63-引線孔，64-腔體，81-內(nèi)錐形孔，82-法蘭盤(pán)。

適用于超聲加工中心自動(dòng)換刀的環(huán)繞式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括刀柄6、壓電陶瓷壓板1、壓電陶瓷3、變幅桿8、彈簧夾頭15、四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈13、四分之一圓盤(pán)形鐵氧體12、圓盤(pán)形電能接收線圈2、圓盤(pán)形鐵氧體11和四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架4；設(shè)定刀柄6的中心線沿垂直方向設(shè)定，刀柄6包括上側(cè)的加持部60和自動(dòng)換刀卡槽61，中部設(shè)有圓盤(pán)形電能接收部定位的螺紋孔62和引線孔63，圓盤(pán)形電能接收部21與刀柄6同軸線設(shè)置。

壓電陶瓷壓板1、壓電陶瓷3和變幅桿8通過(guò)螺栓7連接為一體，并置于刀柄6的腔體64內(nèi)，變幅桿8與刀柄6的底部連接；彈簧夾頭15安裝在變幅桿8的底部；圓盤(pán)形電能接收線圈2和圓盤(pán)形鐵氧體11固定在刀柄6的中部；四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈13與四分之一圓盤(pán)形鐵氧體12一并置于四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架4內(nèi)，四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架4同軸線設(shè)置在超聲加工中心的主軸外殼底部并與圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架環(huán)向相對(duì)；四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈13與圓盤(pán)形電能接收線圈2之間形成四分之一圓形安裝間隙，二者成小半圈包圍式結(jié)構(gòu)。壓電陶瓷3與變幅桿8通過(guò)螺栓7連接為一體，變幅桿8為普通圓柱形變桿，可以有效提高無(wú)線電能的感應(yīng)能力。

壓電陶瓷壓板1、壓電陶瓷3和變幅桿8通過(guò)螺栓連接為一體，并置于刀柄6的腔體64內(nèi)。

彈簧夾頭15通過(guò)鎖緊螺母5安裝在變幅桿8的下端；變幅桿8下端部開(kāi)設(shè)有開(kāi)口向下且上小下大的內(nèi)錐型孔81，變幅桿8下端部外緣設(shè)有外螺紋，彈簧夾頭15安裝在鎖緊螺母5內(nèi)，鎖緊螺母5螺紋連接在變幅桿8下端，彈簧夾頭15向上深入到內(nèi)錐形孔81內(nèi)。鎖緊螺母5為用于裝配彈簧夾頭15的專(zhuān)用螺母，為現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)。

四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架4包括四分之一圓形鐵氧體12、鐵氧體固定槽體40和固定支架42，固定支架42同軸線設(shè)置在超聲加工中心的主軸外殼底部并與圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架環(huán)向相對(duì)，且四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈13置于換刀卡槽61的同心外圓環(huán)，與圓盤(pán)形電能接收線圈2形成四分之圓形間隙；四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架4為通過(guò)一個(gè)窄固定支架42與鐵氧體固定槽體40相連的開(kāi)口圓環(huán)41，四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架4通過(guò)開(kāi)口圓環(huán)41上的鎖緊箍固定。

變幅桿8與刀柄6的底部端面法蘭82連接。變幅桿8上端有法蘭盤(pán)82，變幅桿通過(guò)法蘭盤(pán)82與刀柄6的下端內(nèi)側(cè)面過(guò)盈配合。

本發(fā)明采用四分之一圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈與圓盤(pán)形電能接收線圈的工作配合為四分之一圓環(huán)形的環(huán)向相對(duì)非接觸式供電方法，比傳統(tǒng)的接觸式電能傳輸方式有許多有點(diǎn)，首先四分之一環(huán)形非接觸式供電方法避免了利用裸露的導(dǎo)體相互接觸來(lái)傳遞電能，傳輸能力不易受到外部環(huán)境影響，同時(shí)也提高了安全性，其次相對(duì)于普通的圓盤(pán)式非接觸供電，四分之一環(huán)形非接觸式供電方法可以實(shí)現(xiàn)超聲加工中心的自動(dòng)換刀功能，具有更高的加工效率。

本發(fā)明采用非整圓結(jié)構(gòu)，具體取值根據(jù)需求確定，可以是3/4、1/2、1/4等，取值越大電傳效率越高，但是，取值太大，影響自動(dòng)換刀，太低也達(dá)不到電傳輸?shù)囊?，本發(fā)明采用1/4整圓形結(jié)構(gòu)且能達(dá)到電傳輸?shù)囊螅蔷哂须y度和創(chuàng)新性的。

非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈支架4的內(nèi)環(huán)面上設(shè)置有環(huán)形凹槽，非整圓的圓盤(pán)形鐵氧體設(shè)置12在環(huán)形凹槽中，非整圓的圓盤(pán)形鐵氧體12上設(shè)置有環(huán)形槽，非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈13設(shè)置在環(huán)形槽中，非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈13和圓盤(pán)形電能接受線圈11的環(huán)形面相對(duì)應(yīng)設(shè)置；非整圓的圓盤(pán)形電能發(fā)射線圈13為一個(gè)或兩個(gè)，為兩個(gè)時(shí)，間隔環(huán)形設(shè)置，當(dāng)然，根據(jù)需要還可以設(shè)置3個(gè)以上。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。