CN108080240B - 一种旋转超声辅助加工装置 - Google Patents
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Abstract
一种旋转超声辅助加工装置，其特征在于：包括刀具,变幅杆，刀具安装座，插座，初边感应盘基座，次边感应盘基座，外壳连接套筒，锁紧元件，拉钉，换能器，连接杆，初边感应盘，次边感应盘，次边绕组，初边绕组；所述的刀具安装在变幅杆上；所述的变幅杆安装在刀具和刀具安装座之间；所述的刀具安装座安装在加工机床上；所述的插座安装在初边感应盘基座外侧；所述的初边感应盘基座安装在初级感应盘外侧；所述的次边感应盘基座安装在刀具安装座上；具有能够实现能量无线传输，克服传统加工方式在加工陶瓷等材料时产生的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，特别涉及一种旋转超声辅助加工装置。
背景技术
在工业生产中，随着工业产品的升级陶瓷、碳纤维复合材料、高硬度钢材以及光学玻璃得到广泛应用，这使得针对此类材料的加工需求不断增加；而这些材料属于典型的难加工材料，采用传统机械加工方法例如铣削、钻削、磨削以及镗削等进行加工时，工件表面常出现崩边、凹坑以及微裂纹等缺陷，造成无法满足使用要求；而旋转超声辅助加工是在传统加工方法的基础上对刀具施加高频振动，利用高频振动的冲击效应和瞬时切削效应来实现刀具对工件材料的延性去除；目前工程应用中实现旋转超声辅助加工的供电方式主要有：电刷供电和无线输电；其中电刷供电由于存在电刷磨损快、易积碳打火等缺陷，使其无法适应高速、超高速旋转切削；而无线输电由于利用电磁感应原理实现电能非接触式传输，因此应用范围更为广泛；目前应用于超声辅助加工的无线电能传输系统主要有旋转部分和静止部分组成；由于旋转部分与静止部分均为整体环状结构，在使用过程存在加工中心机械手无法夹持实现自动换刀的缺陷；因此人们发明了利用原边2/5圆周圆环柱状结构与副边整体圆环柱状结构构成“U”型外圆环槽实现超声波电能传输，而这种结构感应面积小，电能传输效率低，而且结构较为复杂。
发明内容
为了解决现有超声波电能传输存在的缺陷，本发明提出一种旋转超声辅助加工装置，其特征在于：包括刀具,变幅杆，刀具安装座，插座，初边感应盘基座，次边感应盘基座，外壳连接套筒，锁紧元件，拉钉，换能器，连接杆，初边感应盘，次边感应盘，次边绕组，初边绕组；所述的刀具安装在变幅杆上，通过锁紧装置和变幅杆连接，变幅杆与刀具安装座连接；所述的变幅杆安装在刀具和刀具安装座之间，下端与刀具连接，上端与刀具安装座连接；所述的刀具安装座安装在加工机床上，下端通过锁紧装置安装有变幅杆，为中空结构；所述的插座安装在初边感应盘基座外侧，与初边感应盘基座连接，通过插头与超声波发生器连接；所述的初边感应盘基座安装在初级感应盘外侧，与外壳连接套筒连接；所述的次边感应盘基座安装在刀具安装座上，与刀具安装座连接；所述的外壳连接套筒安装在刀具安装座和加工机床之间，分别与加工机床和刀具安装座连接；所述的锁紧装置安装在外壳连接套筒上端外侧，与外壳连接套筒连接，能够将外壳连接套筒与加工机床锁紧；所述的拉钉安装在刀具安装座的上端，并套装在刀具安装座上端内孔中，与刀具安装座连接；所述的换能器安装在刀具安装座内部；所述的连接杆安装在刀具安装座内部，下端与变幅杆连接，上端与换能器连接；所述的初边感应盘安装在初边感应盘基座内侧，与初边感应盘基座连接；所述的次边感应盘安装在次边感应盘基座外圆外侧，与次边感应盘基座连接；所述的次边绕组安装在次边感应盘上，与次边感应盘连接；所述的初边绕组安装在初边感应盘上，与初边感应盘连接。
进一步的，所述刀具为直圆柱形的铣刀或钻头或砂轮。
进一步的，所述变幅杆为高声速材料，例如铝合金或钛合金或镁铝合金或钢等；变幅杆的两侧为直径不等的直圆柱段，中间部分为曲线过渡段；更进一步的，变幅杆的曲线过渡段曲线为指数或悬链或圆锥或抛物线或等应力曲线或多阶样条曲线或贝兹曲线；变幅杆的大直径圆柱段端部设有连接内螺纹；变幅杆的大直径圆柱段外侧设有连接法兰，通过螺钉与刀柄基体相连；变幅杆的小直径圆柱段的端部设有上小下大的锥形孔，外侧设有外螺纹。
进一步的，变幅杆通过锁紧装置与刀具连接，所述的锁紧装置是弹簧卡头，所述的弹簧卡头放置在变幅杆的锥形孔内，刀具安装在弹簧卡头内，弹簧卡头的锁紧螺母与变幅杆小直径圆柱段外侧的外螺纹相连，锁紧螺母使弹簧卡头在锥形孔内产生弹性变形将刀具抱紧。
所述次边感应盘基座通过螺钉与刀具安装座相连，次边感应盘基座的环槽内涂环氧树脂实现次边感应盘、次边绕组的封装。
所述的次边感应盘为整圆结构，感应盘的外侧面有双环槽结构。
所述的初边感应盘基座上有环形槽，所述的环形槽内涂环氧树脂实现初边感应盘以及初边绕组的封装。
所述的初边感应盘为非整圆结构。
所述的初边感应盘与次边感应盘同轴布置。
所述初边绕组和次边绕组，当初边感应盘与次边感应盘为相同的整圆结构时，初边绕组包括初边绕组A和初边绕组B；次边绕组包括次边绕组C和次边绕组D；初边绕组A与次边绕组C为同一绕组，初边绕组B与次边绕组D为同一绕组；初边绕组A与初边绕组B相对刀柄基体的缠绕方向相反，次边绕组C与次边绕组D相对刀柄基体的缠绕方向相反。
当初边感应盘为非整圆结构时，所述的初边绕组为一个“回”型缠绕结构绕组，次边绕组包括次边绕组C和次边绕组D；次边绕组C与次边绕组D的缠绕方向相反；在竖直剖面内，初边绕组与次边绕组C、次边绕组D导线进出方向一致。
所述初边感应盘基座与次边感应盘基座由磁导率较低的材料制成，所述的材料为金属铜或金属铝或塑料或木头。
有益效果
本发明的有益效果在于，能够实现电能的无线传输，克服了现有加工方法对特殊材料加工容易出现崩边、凹坑以及微裂纹等缺陷。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
1.刀具，2.变幅杆，3.刀具安装座，4.插座，5.初边感应盘基座6.次边感应盘基座，7.外壳连接套筒，8.锁紧元件，9.拉钉，10.换能器，11.连接杆，12.次边感应盘，13.次边绕组A，14.次边绕组B，15.初边感应盘，16.初边绕组C，17.初边绕组D。
图2为本发明的次边感应盘的结构示意图
12.次边感应盘，13.次边绕组A，14.次边绕组B。
图3为本发明初边感应盘的结构示意图
15.初边感应盘，16.初边绕组C，17.初边绕组D。
图4是本发明初边感应盘采用不完整圆的结构示意图
15.初边感应盘，16.初边绕组C，17.初边绕组D。
图5是本发明的电路原理图
A.初边电路，A1.超声波发生器，A2.初级匹配电路，A3.初级绕组，B.次边电路，B1.次级绕组，B2.次级匹配电路，B3.超声振动单元。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的技术方案，现结合附图，说明本发明的具体实施方式；如图1，图2，图3，图4，图5，实施例一，本例中选用直柄铣刀作为刀具1，将所述的刀具1通过本行业通用的弹簧卡头安装在变幅杆2上并与刀具安装座3连接；本例中选用铝合金作为变幅杆2的材料，采用本行业通用的设置方法，选用其过渡曲线为抛物线，将所述的变幅杆2安装在刀具1和刀具安装座3之间，下端与刀具1连接，上端与刀具安装座3连接；本例中选用本行业通用的刀具安装座作为刀具安装座3，将所述的刀具安装座3安装在加工机床上，本例中的加工机床选用立式铣床，下端通过弹簧卡头安装刀具1；本例中选用市售的本行业通用的电器连接航空插座作为插座4，将所述的插座4安装在初边感应盘基座5外侧，与初边感应盘基座5连接，通过导线与各个绕组连接，通过插头与超声波发生器A1连接；将初边感应盘基座5安装在初边感应盘15外侧，与外壳连接套筒7连接；将次边感应盘基座6安装在刀具安装座3上，与刀具安装座3连接；将外壳连接套筒7安装在刀具安装座3和加工机床之间，分别与加工机床和刀具安装座3连接；本例中选用市售的本行业通用的喉箍作为锁紧元件8将所述的锁紧元件8安装在外壳连接套筒7上端外侧，与外壳连接套筒7连接，能够将外壳连接套筒7在加工机床上锁紧；将拉钉9安装在刀具安装座3的上端，并套装在刀具安装座上端3内孔中，与刀具安装座3连接；将换能器10安装在刀具安装座3内部，所述换能器10能够实现纵振、弯振、扭振、纵扭复合振动、纵弯复合振动、弯扭复合振动以及双弯曲复合振动；将连接杆11安装在刀具安装座3内部，下端与变幅杆2连接，上端与换能器10连接；本例中选用初边感应盘为整圆环形，将初边感应盘15安装在初边感应盘基座5内侧，与初边感应盘基座5连接；本例中选用次边感应盘12为完整圆环形，将所述的次边感应盘12安装在次边感应盘基座外圆外侧，与次边感应盘基座6连接；在初边感应盘15上绕制初边绕组C16和初边绕组D17；在次边感应盘12上绕制次边绕组A13和次边绕组B14，初边绕组A13与次边绕组C16为同一绕组，初边绕组B14与次边绕组D17为同一绕组；初边绕组A13与初边绕组B14相对刀柄基体的缠绕方向相反，次边绕组C16与次边绕组D17相对刀柄基体的缠绕方向相反，这样就完成了本发明的实施。
实施例二，本例中选用初边感应盘15为非完整圆环结构，其非圆环的角度为144°，与次边感应盘12同心，其初边回形绕组缠绕在初边感应盘15的两个环形槽内形成回路，次边绕组包括次边绕组C16和次边绕组D17；次边绕组C16与次边绕组D17的缠绕方向相反；在竖直剖面内，初边回形绕组20与次边绕组C16和次边绕组D17导线进出方向一致；其他与实施例一相同，这样采用非完整圆环有利于刀具的取出和安装。
应用时，启动超声波发生器A1，将待加工零件装夹在加工机床上，启动加工机床，在刀具1与待加工零件接触时，刀具1会产生超声波振动，利用高频振动的冲击效应和瞬时切削效应来实现刀具对工件材料的延性去除，能够实现特殊材料如陶瓷、碳纤维复合材料、高硬度钢材以及光学玻璃采用普通加工方式造成的缺陷。
Claims (1)
1.一种旋转超声辅助加工装置，其特征在于：包括刀具，变幅杆，刀具安装座，插座，初边感应盘基座，次边感应盘基座，外壳连接套筒，锁紧元件，拉钉，换能器，连接杆，初边感应盘，次边感应盘，次边绕组，初边绕组；所述的刀具安装在变幅杆上，通过锁紧装置和变幅杆连接，变幅杆与刀具安装座连接；所述的变幅杆安装在刀具和刀具安装座之间，下端与刀具连接，上端与刀具安装座连接；所述的刀具安装座安装在加工机床上，下端通过锁紧装置安装有变幅杆，为中空结构；所述的插座安装在初边感应盘基座外侧，与初边感应盘基座连接，通过插头与超声波发生器连接；所述的初边感应盘基座安装在初级感应盘外侧，与外壳连接套筒连接；所述的次边感应盘基座安装在刀具安装座上，与刀具安装座连接；所述的外壳连接套筒安装在刀具安装座和加工机床之间，分别与加工机床和刀具安装座连接；所述的锁紧元件安装在外壳连接套筒上端外侧，与外壳连接套筒连接，能够将外壳连接套筒与加工机床锁紧；所述的拉钉安装在刀具安装座的上端，并套装在刀具安装座上端内孔中，与刀具安装座连接；所述的换能器安装在刀具安装座内部；所述的连接杆安装在刀具安装座内部，下端与变幅杆连接，上端与换能器连接；所述的初边感应盘安装在初边感应盘基座内侧，与初边感应盘基座连接；所述的次边感应盘安装在次边感应盘基座外圆外侧，与次边感应盘基座连接；所述的次边绕组安装在次边感应盘上，与次边感应盘连接；所述的初边绕组安装在初边感应盘上，与初边感应盘连接；所述刀具为直圆柱形的铣刀或钻头或砂轮；所述变幅杆为高声速材料，是铝合金或钛合金或镁铝合金以及钢；变幅杆的两侧为直径不等的直圆柱段，中间部分为曲线过渡段；变幅杆的曲线过渡段曲线为指数或悬链或圆锥或抛物线或等应力曲线或多阶样条曲线或贝兹曲线；变幅杆的大直径圆柱段端部设有连接内螺纹；变幅杆的大直径圆柱段外侧设有连接法兰，通过螺钉与刀柄基体相连；变幅杆的小直径圆柱段的端部设有上小下大的锥形孔，外侧设有外螺纹；变幅杆通过锁紧装置与刀具连接，所述的锁紧装置是弹簧卡头，所述的弹簧卡头放置在变幅杆的锥形孔内，刀具安装在弹簧卡头内，弹簧卡头的锁紧螺母与变幅杆小直径圆柱段外侧的外螺纹相连，锁紧螺母使弹簧卡头在锥形孔内产生弹性变形将刀具抱紧；所述次边感应盘基座通过螺钉与刀具安装座相连，次边感应盘基座的环槽内涂环氧树脂实现次边感应盘、次边绕组的封装；所述的初边感应盘为非整圆结构；所述初边绕组和次边绕组，当初边感应盘与次边感应盘为相同的整圆结构时，初边绕组包括初边绕组A和初边绕组B；次边绕组包括次边绕组C和次边绕组D；初边绕组A与次边绕组C为同一绕组，初边绕组B与次边绕组D为同一绕组；初边绕组A与初边绕组B相对刀柄基体的缠绕方向相反，次边绕组C与次边绕组D相对刀柄基体的缠绕方向相反；所述初边感应盘基座与次边感应盘基座由磁导率较低的材料制成，所述的材料为金属铜或金属铝或塑料或木头。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200508 |