[发明专利]一种基于非接触能量传输的旋转超声加工装置

说明书

技术领域

本发明属于数控切削加工设备，具体涉及一种基于非接触能量传输的旋转超声加工装置。

背景技术

旋转超声加工技术是在传统旋转加工的基础上，复合超声振动从而实现去除材料的加工方法。其不但保留了旋转加工的特性，还可以利用刀具的机械高频振动，大幅度提高加工效率，减小切削的变形量，降低切削力，同时还可以有效改善工件的表面加工质量。因此旋转超声加工技术被广泛应用于加工各种氧化锆陶瓷、蓝宝石、石英、玻璃、铁氧体等硬脆材料的加工。

然而现有旋转超声加工技术通过碳刷和导电集流环的摩擦接触方式传输能量，因而存在碳刷磨损快，发热量大、刀具转速不高、无法实现自动换刀等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现自动换刀的基于非接触能量传输的旋转超声加工装置。

本发明提供的基于非接触能量传输的旋转超声加工装置，包括高速电主轴、固定在高速电主轴下端的原边组件、由超声刀柄和设在超声刀柄周围的副边组件组成的超声刀柄组件、超声电源发生器；所述超声刀柄组件设在所述高速电主轴的下端使其副边组件与所述原边组件上下对应，所述超声电源发生器与所述原边组件连接。

所述原边组件与副边组件之间的间隙为0.5-2mm。

所述原边组件包括与所述高速电主轴连接的固定套、设在固定套底部的固定座、设在固定座内的原边磁芯和位于原边磁芯上的发射线圈，所述超声电源发生器与所述发射线圈电连接；所述副边组件包括副边磁芯设在副边磁芯上的接收线圈。

所述超声刀柄包括BT刀柄壳、设在BT刀柄壳下端的换能器；所述换能器包括依次用预紧螺钉连成一体的后盖板、压电陶瓷、正极铜片、负极铜片和变幅杆；所述换能器通过后盖板固定在所述BT刀柄壳上，所述正极铜片和负极铜片与所述副边组件的接收线圈电连接；所述BT刀柄壳的上端与高速电主轴的轴芯固定连接。

所述BT刀柄壳的上部为BT锥柄,BT刀柄壳的中部设有环形槽用于存放所述副边组件，在所述环形槽下部开有径向孔和轴向孔用于所述正极铜片和负极铜片与所述副边组件的接收线圈电连接的导线穿过，所述BT刀柄壳的下部设有用于自动换刀的机械手夹持的环形凹槽。

本发明的有益效果：

本发明启动超声电源发生器后，其产生高压高频电信号通过导线传输到原边组件，原边组件通过电磁感应原理将电能无线传输到副边组件上，副边组件直接和换能器的两极相连，利用换能器中压电陶瓷的压电效应，经过电声转换从而驱动换能器产生超声轴向振动，随后经变幅杆放大后传递到刀具，使刀具具有高频轴向振动，同时电主轴带动刀柄组件高速旋转；这样刀具实现同时进行旋转和轴向振动两种运动，并对工件进行加工，这样大大提高了加工效率和加工表面质量。

本发明是一种基于非接触式能量传输旋转超声加工装置，可以直接把超声波加工技术结合到现有的精雕机、雕铣机、高光机、钻攻中心等数控加工中心上，不需对原有主轴进行改动，通过原边组件和副边组件实现超声波非接触式能量传输，转速达到10000转以上，而且能利用现有的刀库实现自动换刀功能。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中原边组件合和副边组件的结构示意图。

图3是图2的左视图。

图4本发明中刀柄组件的结构示意图。

图5本发明中刀柄组件的超声刀柄结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例如图1所示，包括高速电主轴40、固定在高速电主轴40下端的原边组件30、由超声刀柄10和设在超声刀柄10周围的副边组件20组成的超声刀柄组件、超声电源发生器50；所述超声刀柄组件安装至所述高速电主轴40的下端后使其副边组件20与所述原边组件30轴向对应，所述超声电源发生器50与所述原边组件30连接。

所述高速电主轴40，主轴转速为10000-40000r/min，动平衡G0.4；所述超声电源发生器输出电源频率在20KHZ左右，功率在200-1000W，功率连续可调；当更换刀柄或刀具后，所装的刀具悬伸长度会不一致，导致整个刀柄的频率会有微小变动，超声电源发生器50具有搜频和频率自动跟踪功能，会根据反馈自动调整输出电信号频率从而与刀柄的固有频率处于谐振状态。