CN105598220A - 一种板料渐进成形的超声振动主轴装置 - Google Patents

一种板料渐进成形的超声振动主轴装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种板料渐进成形的超声振动主轴装置，包括超声波发生器、外壳和通过外壳螺栓与外壳连接的联轴器，超声波发生器通过导线连接有原边绕组，联轴器上设有副边绕组，原边绕组与副边绕组通过电感耦合连接；外壳内设有超磁致伸缩棒，超磁致伸缩棒外设有驱动线圈，超磁致伸缩棒的两端设有永久磁铁，永久磁铁上设有导磁块，靠近联轴器的一个导磁块上设置在后盖板上，另一个导磁块设置在前盖板上，前盖板通过螺栓与外壳连接，前盖板通过螺钉固定有工具头。本发明装置采用超磁致伸缩棒为驱动元件，能够克服传统的压电换能器输出振幅以及功率偏小的问题。

Description

一种板料渐进成形的超声振动主轴装置
技术领域
本发明属于板料渐进成形领域，具体涉及一种板料渐进成形的超声振动主轴装置。
背景技术
板料渐进成形是一种新型的无模成型技术，这种成形技术是基于快速制造中“分层制造”的思想，将复杂的三维形状沿着轴向方向离散成一系列的二维平面，并在对应的平面上生成相对应的轨迹，成形时工具头按照加工轨迹运动，这样逐渐成形出所需要的形状。
超声振动板料渐进成形是在板料单点渐进成形过程中，对工具头施加超声振动的一种板料成形工艺。在渐进成形过程中板料的受力不均匀，容易出现堆积、起皱、破裂等缺陷，影响板料的成形质量。超声振动板料渐进成形是把一个有规律的可控的载荷施加在成形工具头上，使得工具头在轴向产生周期性的挤压板料的成形方法，这样可以使得成形过程中的成形力和成形温度减小，成形精度和成形效率提高。
目前市场上的超声换能器一般都是用压电材料制作的，但是压电超声换能器的功率相对来说都比较小，通常小于2kw，不能满足加工过程中对大功率超声辐射的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种板料渐进成形的超声振动主轴装置，解决现有的超声换能器的输出功率偏小的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种板料渐进成形的超声振动主轴装置，包括超声波发生器、外壳和通过外壳螺栓与外壳连接的联轴器，超声波发生器通过导线连接有原边绕组，联轴器上设有副边绕组，原边绕组与副边绕组通过电感耦合连接；外壳内设有超磁致伸缩棒，超磁致伸缩棒外设有驱动线圈，超磁致伸缩棒的两端设有永久磁铁，永久磁铁上设有导磁块，靠近联轴器的一个导磁块上设置在后盖板上，另一个导磁块设置在前盖板上，前盖板通过螺栓与外壳连接，前盖板通过螺钉固定有工具头。
本发明的特点还在于，
后盖板与联轴器之间设有端盖，端盖通过端盖螺钉固定在外壳上，端盖上设有螺塞孔，预紧螺塞穿过螺塞孔与后盖板接触。
预紧螺塞与后盖板之间设有碟簧。
副边绕组通过螺钉固定在联轴器上。
驱动线圈通过线圈螺栓固定在外壳上，并且驱动线圈分别与前盖板和后盖板之间有一定间隙。
永久磁铁通过环氧树脂粘胶粘结在超磁致伸缩棒上。
靠近联轴器的一个导磁块上通过环氧树脂胶粘结在后盖板上，另一个导磁块通过环氧树脂胶粘结在前盖板上。
原边绕组和副边绕组都采用罐型的磁芯。
本发明的有益效果是，本发明一种板料渐进成形的超声振动主轴装置，采用超磁致伸缩棒为驱动元件，能够克服传统的压电换能器输出振幅以及功率偏小的问题；将超声波的节点设置在前盖板和导磁块的结合面位置，在此位置通过法兰将前盖板固定到振动主轴的外壳上，从而使得前盖板纵向振动时不会连带着主轴外壳一起振动；超磁致伸缩棒的驱动线圈通过螺栓固定在主轴外壳上，并且距离前盖板有一定的间隙，从而使驱动线圈的重量不会影响超声振动主轴的振动性能；另外，本发明末端设计成通用的刀柄形状，能够直接安装到CNC加工中心上进行板料成形；将成形板料用的工具头直接设计成变幅杆的形式，一方面可以放大振幅，另一方面可以减少振动主轴的纵向长度，避免振动主轴太长，而机床的纵向空间不足。并且，本发明采用的是非接触式的电能传输方式，原边绕组固定在CNC机床主轴滑枕上，副边绕组固定在振动主轴装置联轴器上，能够避免传统的接触式电能传输方式(碳刷、集流环)存在的机床主轴转速受限，易产生磨损及电火花等不足之处。
附图说明
图1是本发明一种板料渐进成形的超声振动主轴装置的结构示意图；
图2是本发明一种板料渐进成形的超声振动主轴装置的原理图。
图中，1.刀柄，2.联轴器，3.副边绕组，4.引线，5.端盖螺钉，6.线圈螺栓，7.永久磁铁，8.前盖板，9.刀柄螺栓，10.预紧螺塞，11.碟簧，12.后盖板，13.端盖，14.超磁致伸缩棒，15.驱动线圈，16.外壳螺栓，17.导磁块，18.外壳，19.工具头，20.机床主轴滑枕，21.原边绕组，22.导线，23.超声波发生器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种板料渐进成形的超声振动主轴装置，如图1和图2所示，包括超声波发生器23、外壳18和通过外壳螺栓16与外壳18连接的联轴器2，超声波发生器23通过导线22连接有原边绕组21，联轴器2上通过螺钉固定有副边绕组3，原边绕组21与副边绕组3通过电感耦合连接；外壳18内设有超磁致伸缩棒14，超磁致伸缩棒14外设有驱动线圈15，超磁致伸缩棒14的两端通过环氧树脂粘胶粘结有钕铁硼永久磁铁7，给超磁致伸缩棒14提供偏置磁场以消除倍频现象；永久磁铁7上设有工业纯铁材料的导磁块17，这样可以与驱动线圈15上的硅钢片形成磁回路，提高磁场的利用率；靠近联轴器2的一个导磁块17上通过环氧树脂胶粘结在后盖板12上，另一个导磁块17通过环氧树脂胶粘结在前盖板8上，前盖板8通过螺栓与外壳18连接，前盖板8通过螺钉固定有工具头19。前盖板8采用声阻抗小的硬铝合金材料，后盖板12采用声阻抗比较大的不锈钢材料。
后盖板12与联轴器2之间设有端盖13，端盖13通过端盖螺钉5固定在外壳18上，端盖13上设有螺塞孔，预紧螺塞10穿过螺塞孔与后盖板12接触，预紧螺塞11与后盖板12之间设有碟簧11。通过碟簧11，预紧螺塞10以及端盖13，给超磁致伸缩棒14添加预紧力，使后盖板12，导磁块17，永久磁铁7，超磁致伸缩棒14以及前盖板8紧紧的压在一起，减少能量的损失；也可以使超磁致伸缩棒14处于受压状态，而不会被拉裂。前盖板8为1/4波长，两个导磁块17和两个永久磁铁7，超磁致伸缩棒14以及后盖板12总长为1/4波长。
驱动线圈15通过线圈螺栓6固定在外壳18上，并且驱动线圈15与前盖板8和后盖板12之间有一定间隙，以免驱动线圈15的重量对振动过程产生影响。
原边绕组21和副边绕组3都采用罐型的磁芯。
用来产生交变磁场的驱动线圈15是由直径为1mm的多股漆包铜导线缠绕在尼伦线圈骨架上，并且在线圈的上下两端以及周向分别粘结有硅钢片，以便于超磁致伸缩棒14形成磁回路，提高磁场利用率。
将用于成形板料的工具头19直接设计复合成变幅杆的形状，这样既能起到振幅放大的作用，又可以缩短振动主轴的纵向长度。
无线传输的副边绕组3固定在联轴器2上，原边绕组21固定在CNC机床主轴滑枕20主轴外壳上，原边绕组21通过导线22去超声波发生器23相连接，这样，副边绕组3可以跟随超声振动主轴一起旋转，并且保持与原边绕组21的轴向距离不变，以便电能的稳定传输。
本发明板料渐进成形的超声振动主轴装置，使用时，首先将原边绕组22固定在机床主轴滑枕20上，副边绕组3固定在联轴器2上，采用刀柄螺栓9将刀柄1固定在联轴器2上，然后将该装置安装在CNC机床主轴滑枕20上，用导线22将超声波发生器23与原边绕组21连接起来。超声波发生器23发出的高频电信号经过导线22传被输到原边绕组21上，然后经过原边绕组21、副边绕组3的耦合感应，电信号被加载到副边绕组3上，通过引线4，电信号最终被加载到驱动线圈15上，这时驱动线圈15会产生交变磁场，超磁致伸缩棒14在交变磁场下发生伸缩振动，当电信号的频率与振动主轴的固有频率一致时，将发生共振，并且通过前盖板8将振动传递到工具头19上，从而进行超声振动板料渐进成形。

Claims (8)

1.一种板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，包括超声波发生器(23)、外壳(18)和通过外壳螺栓(16)与外壳(18)连接的联轴器(2)，所述超声波发生器(23)通过导线(22)连接有原边绕组(21)，所述联轴器(2)上设有副边绕组(3)，所述原边绕组(21)与副边绕组(3)通过电感耦合连接；所述外壳(18)内设有超磁致伸缩棒(14)，所述超磁致伸缩棒(14)外设有驱动线圈(15)，所述超磁致伸缩棒(14)的两端设有永久磁铁(7)，所述永久磁铁(7)上设有导磁块(17)，靠近联轴器(2)的一个导磁块(17)上设置在后盖板(12)上，另一个导磁块(17)设置在前盖板(8)上，所述前盖板(8)通过螺栓与外壳(18)连接，所述前盖板(8)通过螺钉固定有工具头(19)。
2.根据权利要求1所述的板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，所述后盖板(12)与联轴器(2)之间设有端盖(13)，所述端盖(13)通过端盖螺钉(5)固定在外壳(18)上，所述端盖(13)上设有螺塞孔，预紧螺塞(11)穿过螺塞孔与后盖板(12)接触。
3.根据权利要求2所述的板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，所述预紧螺塞(11)与后盖板(12)之间设有碟簧(11)。
4.根据权利要求1所述的板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，所述副边绕组(3)通过螺钉固定在联轴器(2)上。
5.根据权利要求1所述的板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，所述驱动线圈(15)通过线圈螺栓(6)固定在外壳(18)上，并且驱动线圈(15)与前盖板(8)和后盖板(12)之间有一定间隙。
6.根据权利要求1所述的板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，所述永久磁铁(7)通过环氧树脂粘胶粘结在超磁致伸缩棒(14)上。
7.根据权利要求1所述的板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，靠近联轴器(2)的一个导磁块(17)上通过环氧树脂胶粘结在后盖板(12)上，另一个导磁块(17)通过环氧树脂胶粘结在前盖板(8)上。
8.根据权利要求1所述的板料渐进成形的超声振动主轴装置，其特征在于，所述原边绕组(21)和副边绕组(3)都采用罐型的磁芯。
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