CN107253063A - 一种高效超声波加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效超声波加工装置，涉及硬脆及耐热合金等难加工材料的精密超精密加工领域。该装置由超声波频率信号发生及控制部、非接触式供电部、超声波振动加工部及加工刀具组成，该超声波加工装置频率高、振幅大、可ATC自动换刀，适合硬脆及耐热合金等难加工材料的高效、高精度、低成本加工，而且该超声波加工装置可使用超硬合金刀具、高速钢刀具、各种涂层刀具及各种能装夹在变幅杆上的砂轮，因此，可以方便地实现超声波振动辅助铣削加工、钻削加工、磨削加工及攻丝加工。
Description
技术领域
本发明涉及硬脆及耐热合金等难加工材料的精密超精密加工领域，尤其涉及一种高效超声波加工装置。
背景技术
随着材料制备及光学通信技术的飞速发展，硬脆性材料(如蓝宝石、强化玻璃等)，高级陶瓷材料(如碳化硅、氧化锆、二硼化锆、氧化铝陶瓷等)，复合材料(聚合物基、陶瓷基和金属基)，超硬合金(碳化钨等)及耐热合金(钛合金、镍合金等)等难加工材料的高效、高精度、低成本加工已经成为现代制造领域的一个重要课题。以上难加工材料的高效、高精度、低成本加工在现代制造科学技术中将占有非常重要的地位，也有着非常重要的科研价值，代表着精密超精密加工技术领域的科学前沿。
电火花加工技术及激光加工技术可用于上述材料的加工。但是这两种方法由于存在加工效率低、加工表面质量差、无法进行精密三维加工(加工深度方向难以精确控制)及设备投资大等难题而无法实现上述材料的精密超精密加工。超声波振动辅助加工技术则有效地解决了电火花加工技术和激光加工技术所面临的难题，可实现上述难加工材料的高效、高精度、低成本加工。基于此，市场上针对不同的加工需求出现了数种不同类型的超声波加工装置。
然而，当前的超声波加工装置存在着诸多问题和功能性缺陷。如，结构复杂、通用性差，难以实现在不同加工加床上的灵活应用(如专利CN101704219A、CN100364673C、CN102452131及CN102101179B)。此外，当前大部分超声波加工装置普遍采用接触式滑环电刷供电方式，以克服非接触式供电效率低的问题。然而，接触式滑环电刷供电方式存在诸多问题，如电刷及滑环极易磨损，在使用时必须频繁地更换电刷进而严重增加非必要时间损耗，并且，电刷和滑环磨损产生的碳粉又极易堆积在供电仓内进而导致短路或者其它供电故障，同时，接触式供电方式还存在一个致命的问题，那就是，为了防止电刷和滑环的快速磨损及确保供电稳定性，在加工过程中必须对装置转速进行严格控制(一般5000rpm以下)进而严重限制了加工效率。此外，接触式供电方式另一个致命的缺陷是，在加工过程中难以现实ATC自动换刀，这在现代加工制造工艺链中是不可接受的。专利CN102151867A(一种基于机床附件化的旋转超声波头)设计了一种非接触式超声波加工装置，但是该装置结构复杂，采用双列轴承支撑方式以实现非接触式供电，因此，对密封性能要求极高进而限制了加工过程中对大量切削液的使用需求。此外，轴承及轴承支持部件的使用不仅大大增大装置的重量还大大增大了装置的维护频度和成本，同时装置的最大转速由于受控于所用轴承的规格而难以实现高速旋转加工，所以很大程度上也限制了该装置的加工效率。此外，与上述所提到的接触式供电一样，该装置尽管采用了非接触式供电，但是由于受自身结构所限仍然无法实现ATC自动换刀。同时，该超声波加工装置的振动频率过低，只有17.27kHz，严格意义上讲已不属于超声波振动加工范畴，因此，难以实现上述难加工材料的高效、高精度、低成本加工。此外，上述所有超声波设备和装置仅具有加工功能，而对加工过程中刀具磨损的进展情况及加工过程中的切削力的变化无法进行实时监测和反馈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效超声波加工装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高效超声波加工装置，包括：超声波频率信号发生及控制部、非接触式供电部、超声波振动加工部及加工刀具，所述非接触式供电部包括一次高频载流线圈和二次接收线圈，所述一次高频载流线圈固定安装在机床主轴的壳体上，所述二次接收线圈固定安装在所述超声波振动加工部的支持腔体外部，并随所述支持腔体一起旋转，所述超声波频率信号发生及控制部与所述一次高频载流线圈连接，所述一次高频载流线圈与所述二次接收线圈之间存在一定的间隙，所述一次高频载流线圈和所述二次接收线圈通过两个线圈端面之间的电磁感应耦合实现非接触式电力传输；所述超声波振动加工部包括支持腔体，所述支持腔体的上端连接有刀柄，所述支持腔体的下端连接有变幅杆，所述刀柄装夹在所述机床主轴上，所述变幅杆的下端设置有刀夹，所述加工刀具通过所述刀夹固定在所述变幅杆上；所述支持腔体内部设置有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与所述变幅杆连接。
优选地，所述一次高频载流线圈侧设置了补充电路，所述补偿电路中，串联有电容C1，并联有电容C2。
优选地，所述一次高频载流线圈与所述二次接收线圈之间的间隙小于0.5mm。
优选地，所述刀柄和所述支持腔体为一体式结构，所述变幅杆和所述支持腔体之间设置有同轴度调整螺栓，通过所述同轴度调整螺栓使所述加工刀具的回转中心与所述机床主轴的回转中心一致。
优选地，所述刀柄和所述支持腔体采用分离式结构，所述刀柄和所述支持腔体之间设置有同轴度调整螺栓，所述变幅杆和所述支持腔体之间设置有同轴度调整螺栓，通过所述同轴度调整螺栓使所述加工刀具的回转中心与所述机床主轴的回转中心一致。
优选地，所述支持腔体上设置有动平衡调整螺栓，通过所述动平衡调整螺栓对所述超声波振动加工部的动平衡进行调整，使其精度等级优于G0.4。
优选地，所述刀夹选自弹簧刀夹或烧结刀夹。
优选地，还包括监测控制电路，所述监测控制电路包括匹配电路、定电流控制电路和相位比较电路，所述匹配电路与所述压电陶瓷片或多层压电换能器连接，所述相位比较电路采集所述匹配电路的电压和电流，并比较电压和电流的相位角，当相位角大于设定的阈值时，所述匹配电路动作并发出频率调节信号，确保相位角在误差范围内；所述定电流控制电路对电流进行检测，当电流变化超出设定的阈值时，所述匹配电路动作并发出电流调节指令，直至电流值回到设定的阈值范围内。
优选地，所述监测控制电路还包括报警电路，所述报警电路分别与所述匹配电路和所述相位比较电路数据连接，采集电压、电流和相位角信号，当其中任何一个参数超过报警电路的设定阈值时自动发生报警。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的高效超声波加工装置，由超声波频率信号发生及控制部、非接触式供电部、超声波振动加工部及加工刀具组成，该超声波加工装置频率高、振幅大、可ATC自动换刀，适合硬脆及耐热合金等难加工材料的高效、高精度、低成本加工，而且该超声波加工装置可使用超硬合金刀具、高速钢刀具、各种涂层刀具及各种能装夹在变幅杆上的砂轮，因此，可以方便地实现超声波振动辅助铣削加工、钻削加工、磨削加工及攻丝加工。
附图说明
图1是本发明超声波加工装置的总体结构示意图；
图2是本发明超声波加工装置的超声波振动加工部的结构示意图；
图3是本发明非接触式供电部的补偿电路的等效模型图；
图4是本发明共振频率及振幅的监测控制电路图。
图1-2中，各符号的含义如下：
1超声波频率信号发生及控制部，2非接触式供电部，3超声波振动加工部，4加工刀具，21一次高频载流线圈，22二次接收线圈，30机床主轴，31刀柄,32粗螺纹固定螺栓，33刀夹，34变幅杆，35同轴度调整螺栓，36动平衡调整螺栓，37压电陶瓷片，38细螺纹固定螺栓，39支持腔体，4加工刀具；
图3中，各符号的含义如下：
Vi为输入电压；
VO为输出电压；
C1为一次高频载流线圈侧并联电容；
C2为一次高频载流线圈侧串联电容；
r1和r2为导线电阻；
LLK1为一次高频载流线圈侧的漏电感；
Lm为等效磁化电感；
RO为超声波共振时的等效电阻。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种高效超声波加工装置，包括：超声波频率信号发生及控制部1、非接触式供电部2、超声波振动加工部3及加工刀具4，接触式供电部2包括一次高频载流线圈21和二次接收线圈22，所一次高频载流线圈21固定安装在机床主轴30的壳体上，二次接收线圈22固定安装在超声波振动加工部3的支持腔体39外部，并随所支持腔体39一起旋转，超声波频率信号发生及控制部1与一次高频载流线圈21连接，一次高频载流线圈21与二次接收线圈22之间存在一定的间隙，一次高频载流线圈21与二次接收线圈22通过两个线圈端面之间的电磁感应耦合实现非接触式电力传输；超声波振动加工部3包括支持腔体39，支持腔体39的上端连接有刀柄31，支持腔体39的下端连接有变幅杆34，刀柄31装夹在机床主轴30上，变幅杆34的下端设置有刀夹33，加工刀具4通过刀夹33固定在变幅杆34上；支持腔体39内部设置有压电陶瓷片37，压电陶瓷片或37与变幅杆34连接。
上述结构中，刀柄、刀夹和刀具等均可以采用标准件，以便于安装和配合使用。
上述结构，通过刀柄将超声波加工部装夹在加工机床的主轴上，加工时，由机床主轴带动超声波加工部旋转，旋转速度取决于所用加工机床的主轴转速而不受超声波加工部自身结构的限制，因此，可实现高速回转加工。最高转速可达到25000rpm。
上述结构的超声波加工装置，在使用过程中，超声波加工部除了随机床主轴回转外，同时在轴向(切削深度方向)会产生具有一定频率和振幅的超声波振动，而该超声波振动则由超声波频率信号发生及控制部产生，并通过非接触式供电部经由超声波加工部传至加工刀具，进而实现超声波振动辅助加工。本实施例中，振动频率可以为40kHz，最大振幅可以为12μmp-p。
本发明实施例提供的超声波加工装置，全长可小于200mm，重量可小于2kg，最大外径可小于85mm，所以，该装置结构简单紧凑、重量轻、体积小、免维护，可实现ATC自动换刀，其中，加工刀具可使用超硬合金刀具、高速钢刀具、各种涂层刀具及各种砂轮。因此，采用该超声波加工装置可以实现超声波振动辅助铣削加工、钻削加工、磨削加工及攻丝加工。
本发明实施例提供的超声波加工装置，其中，非接触式供电部主要包括一次高频载流线圈和二次接收线圈两部分，这两个部分线圈在物理上相互独立，一次高频载流线圈被固定在机床主轴的壳体上，而二次接收线圈则被固定在超声波振动加工部的支持腔体外部，并随之一起旋转。一次高频载流线圈与二次接收线圈之间存在一定的间隙，工作时，通过一次高频载流线圈和二次接收线圈之间的电磁感应耦合实现非接触式电力传输，为超声波振动加工部提供电能。
与现有的超声波加工设备的非接触式供电不同的是，本发明实施例中一次高频载流线圈和二次接收线圈是通过两个线圈端面(而非圆周面)之间的电磁感应耦合实现非接触式电力传输的。这样的设计不仅大大降低了超声波加工部的径向尺寸，而且解决了必须使用轴承的难题。而由于本发明实施例提供的超声波加工装置，采用无轴承结构设计及非接触式供电方法，可实现自动ATC换刀，另外，采用无轴承结构设计，可免维护，装置由于无密封要求可长时间在具有大量切削液的环境下工作。
另外，本发明实施例中，变幅杆可采用半波长设计，在获得同样大小振幅情况下，变幅杆的长度缩短了50％，不仅大大减小了装置的重量体积和尺寸而且极大地提高了系统高度，有助于获得更好的加工精度。
当前现有的超声波加工装置大部分采用现成的多层压电换能器，但是现有的多层压电换能器存在体积大，共振频率低，振幅输出小等问题。为了获得更高频率下更大的振幅，本发明实施例中，采用了BLT(Bolt-clamp Langevin Transducer)压电陶瓷片，BLT压电陶瓷片通过M8的细纹固定螺栓38直接与变幅杆相连，并作为一个整体通过6个M4的粗纹固定螺栓32固定在支持腔体上其中，其中，BLT陶瓷片的振动频率为40kHz，直径小于30mm，厚度小于10mm。
然而，根据实际需要BLT压电陶瓷片可更换为通用的多层压电换能器，此时需要对变幅杆的尺寸及支持腔体的尺寸进行修改。此外，根据BLT压电陶瓷片或者多层压电换能器的功率，可对固定用螺栓32的个数及位置分布进行灵活设计。
本发明的一个优选实施例中，一次高频载流线圈21侧设置了补充电路，如图3所示，所述补偿电路中，串联有电容C1，并联有电容C2。
现有的超声波加工装置，在采用非接触供电方式时，普遍存在磁通耦合效率低，漏磁通现象严重，并且需要较大的激磁电流以产生足够磁场进行能量传输等问题。本发明为了解决这些问题，在一次高频载流线圈侧加入了补偿电容，利用阻抗匹配原理使电容与漏电感产生共振，进而消除漏磁通对系统造成的磁通耦合效率低下的问题。通常情况下，在考虑加入补偿电容时会在一次高频载流线圈侧和二次接收线圈侧分别串联和并联具有一定容值的电容，然而，本实施例中，由于二次线圈在加工时随主轴一起旋转，并且尺寸有限，因此，难以在二次线圈侧加入并联电容。为了实现对漏电感的完全补偿，本发明对补偿电路进行了特殊设计，在一次高频载流线圈侧分别串联和并联了一个具有一定容值的电容。并且，补偿电容不受加工过程中负载变化的影响，大大降低了控制电路的制作难度，有效提高了系统的供电效率和运行稳定性。
本发明实施例中，采用上述补偿电路，可以使得电力传输效率高于85％。
本发明实施例中，一次高频载流线圈21与二次接收线圈22之间的间隙小于0.5mm。
本发明的一个实施例中，刀柄31和支持腔体39可以为一体式结构，变幅杆34和支持腔体39之间设置有同轴度调整螺栓35，通过,同轴度调整螺栓35使加工刀具4的回转中心与机床主轴30的回转中心一致。
本发明实施例中，将刀柄和支持腔作成一体式结构，有效地提高了系统的刚性，同时也有效地降低了同轴度误差及偏心误差。免去了刀柄与支持腔之间的同轴度误差调整环节。而只进行变幅杆和支持腔体之间的同轴度误差调整即可。
夹持刀具的刀夹部分的跳动误差对于加工精度有至关重要的影响，为了获得更小的跳动误差，本发明实施例中，在支持腔体圆周面靠近端面与变幅杆相连接的部分设计了四个均匀分布的M3的螺纹孔用于调整刀夹的跳动误差，从而可以确保刀夹与主轴的同轴度误差在5μm以内。
本发明的另一个实施例中，刀柄31和支持腔体39可以设计为分离式结构，刀柄31和支持腔体39之间设置有同轴度调整螺栓35，变幅杆34和支持腔体39之间设置有同轴度调整螺栓35，通过同轴度调整螺栓35使加工刀具4的回转中心与机床主轴30的回转中心一致。
刀柄和支持腔体可以做成一体式结构，还可以做成分离式结构，分离式结构较一体式结构更容易加工，不过在使用过程中，除了对变幅杆和支持腔体之间的同轴度进行调整外，还需要调整刀柄和支持腔体之间的同轴度，使其均保持一致。
本发明实施例中，支持腔体39上设置有动平衡调整螺栓36，通过动平衡调整螺栓36对超声波振动加工部3的动平衡进行调整，使其精度等级优于G0.4。
本发明实施例中，除了固定变幅杆用的螺纹孔以外，支持腔体端部还有12个均匀分布的M3螺纹孔，用于通过动平衡调整螺栓调整高速回转时的动平衡，使其精度等级优于G0.4。
本发明实施例中，刀夹33可以选自弹簧刀夹或烧结刀夹。
超声波加工装置采用弹簧刀夹夹持刀具时，由于超声波的存在，在刀夹处很容易产生摩擦过热等问题，摩擦过热不仅消耗大量的超声波振动能量，并且会产生很大的热变形进而对加工精度产生致命影响。为了降低弹簧刀夹处的摩擦损耗，本发明实施例中，在不影响刀具夹持刚度的前提下将弹簧刀夹头与刀夹之间的接触面积进行了优化使之减少了30％，进而有效降低了摩擦力(摩擦热)的产生保证了长时间连续加工(8小时以上)的可靠性。
本发明实施例提供的高效超声波加工装置，还包括监测控制电路，如图4所示，所述监测控制电路包括匹配电路、定电流控制电路和相位比较电路，所述匹配电路与所述压电陶瓷片或多层压电换能器连接，所述相位比较电路采集所述匹配电路的电压和电流，并比较电压和电流的相位角，当相位角大于设定的阈值时，所述匹配电路动作并发出频率调节信号，确保相位角在误差范围内；所述定电流控制电路对电流进行检测，当电流变化超出设定的阈值时，所述匹配电路动作并发出电流调节指令，直至电流值回到设定的阈值范围内。
本发明实施例中，所述监测控制电路还包括报警电路，所述报警电路分别与所述匹配电路和所述相位比较电路数据连接，采集电压、电流和相位角信号，当其中任何一个参数超过报警电路的设定阈值时自动发生报警。
本发明实施例提供的超声波加工装置，除了对共振频率采用PLL(Phase-LockedLoop)控制策略外，还对共振振幅进行了恒定电流控制。PLL控制策略通过检测电流与电压之间的相位角对发振状态进行实时闭环控制，以确保超声波加工装置始终工作在固定的振动频率下。然而，在加工的过程中，随着加工负载或者刀具磨损状态的变化，整个共振系统的阻抗特性也会发生变化，进而影响振幅控制电流的变化从而导致振幅大小发生变化并最终影响加工精度。为了解决加工过程中振幅随负载等变化的问题，本发明实施例提供的超声波加工装置中，还对振幅进行了定电流控制。控制电路模型图如图4所示。其动作原理为：
加工过程中，比如当负荷增加时，电流会减小，此时控制电压会根据电流减小量进行升压控制，电压升高后电流也会升高，进而维持电流始终恒定，从而保证了发振振幅的恒定。此外，在对超声波加工部进行供电的同时还对加工过程中由于负载等变化而引起的电流、电压及二者之间相位角等参数的变化进行了监测，当电流、电压及二者之间的相位角等参数发生变化并超过一定范围时报警电路会动作并发生报警，进而实现了对加工过程及刀具磨损状态的在线监测。
本发明实施例中，通过采用PLL控制策略对共振频率进行追踪控制，并采用定电流控制策略对振幅进行追踪控制，可以保证共振频率及振幅变化量在2.5％以内。
另外，通过对压电陶瓷片的电流、电压及二者之间的相位角等参数进行实时监测，实现了对刀具磨损及加工过程的在线监测。
可见，与当前超声波加工装置及技术相比，本发明实施例提供的高效超声波加工装置，具有以下特征和有益效果：
(1)振动频率高(40kHz)，振幅大(最大可达12μmp-p)，可大幅提高最大振动速度进而大幅提高加工效率。与传统加工技术相比，在相同的加工条件下，采用该装置可大幅降低切削力(70％左右)和切削温度，延长刀具的使用寿命(几十倍甚至上千倍)；
(2)采用市场通用的标准型号刀柄，可广泛用于各种通用加工机床；并且采用市场通用的标准型号弹簧刀夹，刀具更换简单方便；根据加工需要可灵活选用钻刀，铣刀及各种砂轮，可方便实现超声波辅助钻削加工、铣削加工、磨削加工及攻丝加工；
(3)刀具夹持部分跳动误差调整简单方便，加工过程中弹簧刀夹部分的跳动误小于5μm，适用于难加工材料的精密超精密加工；
(4)该超声波加工装置无轴承，无其它支撑部件，可实现ATC自动换刀，整个超声波加工装置结构简单紧凑，体积小重量轻，除了普通加工机床外，还适用于精密超精密小型加工机床；并且由于无特殊密封性要求，因此可实现恶略环境下的高效，高精度加工；此外，由于整个结构中没有使用轴承等部件，可实现较高的主轴转速(主轴转速可达25000rpm)，并且维护极为简单方便(几乎免维护)；
(5)共振频率及振幅驱动控制电压均采用闭环追踪式控制策略，不仅实现了共振频率的恒定，而且实现了在恒定的共振频率下振幅也保持恒定，进而实现了具有亚微米级形状精度的超精密加工；
(6)由于弹簧刀柄处进行了特殊设计，解决了当前超声波加工装置弹簧刀柄处摩擦过热的问题，从而可使超声波加工装置长时间连续工作(8小时以上)，并且，由于极大程度上降低了刀具与刀柄之间的摩擦，使得由于摩擦而产生的能量损失降到了最小；
(7)与当前所有超声波加工装置不同的是，该超声波加工装置除了具有加工功能以外，还具有刀具磨损及加工过程的在线监视功能，对于实现自动化加工具有重要意义。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的高效超声波加工装置，由超声波频率信号发生及控制部、非接触式供电部、超声波振动加工部及加工刀具组成，该超声波加工装置频率高、振幅大、可ATC自动换刀，适合硬脆及耐热合金等难加工材料的高效、高精度、低成本加工，而且该超声波加工装置可使用超硬合金刀具、高速钢刀具、各种涂层刀具及各种能装夹在变幅杆上的砂轮，因此，可以方便地实现超声波振动辅助铣削加工、钻削加工、磨削加工及攻丝加工。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。
上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高效超声波加工装置，其特征在于，包括：超声波频率信号发生及控制部、非接触式供电部、超声波振动加工部及加工刀具，所述非接触式供电部包括一次高频载流线圈和二次接收线圈，所述一次高频载流线圈固定安装在机床主轴的壳体上，所述二次接收线圈固定安装在所述超声波振动加工部的支持腔体外部，并随所述支持腔体一起旋转，所述超声波频率信号发生及控制部与所述一次高频载流线圈连接，所述一次高频载流线圈与所述二次接收线圈之间存在一定的间隙，所述一次高频载流线圈和所述二次接收线圈通过两个线圈端面之间的电磁感应耦合实现非接触式电力传输；所述超声波振动加工部包括支持腔体，所述支持腔体的上端连接有刀柄，所述支持腔体的下端连接有变幅杆，所述刀柄装夹在所述机床主轴上，所述变幅杆的下端设置有刀夹，所述加工刀具通过所述刀夹固定在所述变幅杆上；所述支持腔体内部设置有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与所述变幅杆连接。
2.根据权利要求1所述的高效超声波加工装置，其特征在于，所述一次高频载流线圈侧设置了补充电路，所述补偿电路中，串联有电容C1，并联有电容C2。
3.根据权利要求1所述的高效超声波加工装置，其特征在于，所述一次高频载流线圈与所述二次接收线圈之间的间隙小于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的高效超声波加工装置，其特征在于，所述刀柄和所述支持腔体为一体式结构，所述变幅杆和所述支持腔体之间设置有同轴度调整螺栓，通过所述同轴度调整螺栓使所述加工刀具的回转中心与所述机床主轴的回转中心一致。
5.根据权利要求1所述的高效超声波加工装置，其特征在于，所述刀柄和所述支持腔体采用分离式结构，所述刀柄和所述支持腔体之间设置有同轴度调整螺栓，所述变幅杆和所述支持腔体之间设置有同轴度调整螺栓，通过所述同轴度调整螺栓使所述加工刀具的回转中心与所述机床主轴的回转中心一致。
6.根据权利要求1所述的高效超声波加工装置，其特征在于，所述支持腔体上设置有动平衡调整螺栓，通过所述动平衡调整螺栓对所述超声波振动加工部的动平衡进行调整，使其精度等级优于G0.4。
7.根据权利要求1所述的高效超声波加工装置，其特征在于，所述刀夹选自弹簧刀夹或烧结刀夹。
8.根据权利要求1所述的高效超声波加工装置，其特征在于，还包括监测控制电路，所述监测控制电路包括匹配电路、定电流控制电路和相位比较电路，所述匹配电路与所述压电陶瓷片或多层压电换能器连接，所述相位比较电路采集所述匹配电路的电压和电流，并比较电压和电流的相位角，当相位角大于设定的阈值时，所述匹配电路动作并发出频率调节信号，确保相位角在误差范围内；所述定电流控制电路对电流进行检测，当电流变化超出设定的阈值时，所述匹配电路动作并发出电流调节指令，直至电流值回到设定的阈值范围内。
9.根据权利要求8所述的高效超声波加工装置，其特征在于，所述监测控制电路还包括报警电路，所述报警电路分别与所述匹配电路和所述相位比较电路数据连接，采集电压、电流和相位角信号，当其中任何一个参数超过报警电路的设定阈值时自动发生报警。
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