CN204934742U - 一种基于非接触能量传输的旋转超声加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种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。本实用新型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。

Description

一种基于非接触能量传输的旋转超声加工装置

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型的有益效果：

本实用新型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。

本实用新型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实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型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本实用新型中刀柄组件的结构示意图。

图5本实用新型中刀柄组件的超声刀柄结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例如图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。

所述原边组件30和副边组件20如图2、图3所示，所述原边组件30包括与所述高速电主轴连接的固定套31、设在固定套31底部的固定座32、设在固定座内的管状原边磁芯34和位于原边磁芯34上凹槽内的环状发射线圈33；所述固定座32用螺钉36固定在固定套31上，固定座32上设有导线孔35，所述超声电源发生器的电线501穿过导线孔35与原边组件30的发射线圈33连接；固定套31与高速电主轴外壳相配合，固定套31外圆上有一缺口37，并设两个锁紧螺丝39和一个顶松螺丝38，顶松螺丝38方便固定套31安装在主轴上和调整与副边组件20的距离，锁紧螺丝39方便固定套31安装和调整好距离后的固定；所述副边组件20包括副边磁芯22、设在副边磁芯22上凹槽内的接收线圈21。所述原边组件30与副边组件20的间隙保持在0.5-2mm之间，优选间隙为0.8mm。此种方式安装调节简单，对主轴不会产生任何影响。固定座32通过螺钉36与固定套31下端固定连接。

本实施例中所述原边组件30的发射线圈33材料为铜漆包线，线径为0.5-0.9mm，匝数为30-80圈,先将发射线圈33置于原边磁芯34的环形槽中，然后将发射线圈33和原边磁芯34一起用环氧灌封胶装入到固定座32的环形槽内。所述原边磁芯34的作用是提高能量转换效率，其材料为铁氧体，优选DMR40的锰锌铁氧体。所述接收线圈21置于副边磁芯22的环形槽中构成副边组件20，两者又整体封装于超声刀柄10的环形槽121内构成超声刀柄组件。所述副边组件20的接收线圈21材料为铜漆包线，线径为0.5-0.9mm，匝数为30-80圈，与发射线圈的线径和匝数完全相同。所述副边磁芯22的作用是提高能量转换效率，其材料为铁氧体，优选DMR40的锰锌铁氧体。

所述超声刀柄10如图4所示，包括拉钉11、BT刀柄壳12、导线13、密封堵头14、换能器15、螺钉16、ER筒夹17、ER螺母18、刀具19，其中换能器15包括后盖板151、预紧螺栓152、压电陶瓷153、正极铜片154、负极铜片155、变幅杆156；BT刀柄壳12的上端与高速电主轴40的轴芯通过拉钉11固定连接，所述换能器15的后盖板151、压电陶瓷153、正极铜片154、负极铜片155和变幅杆156,依次用所述预紧螺钉152连成一体，并保证基准同轴；换能器15的上部分位于所述BT刀柄壳12下端的内部，其正极铜片154和负极铜片155与所述副边组件20的接收线圈21用导线13连接，并通过变幅杆156与所述BT刀柄壳体12连接，用螺钉16与BT刀柄壳体12底部的螺钉孔125相配合将变幅杆156紧固在BT刀柄壳体12上。所述刀具19为电镀金刚石砂轮，通过ER筒夹17和ER螺母18与换能器的变幅杆156末端螺纹连接。

见图5，本实施例中所述BT刀柄壳12的上部为BT锥柄127,BT刀柄壳12的中部设有环形槽121用于存放所述副边组件20，在环形槽121下部开有径向孔123和轴向孔122，其作用是将所述接收线圈21的导线13穿过两边的径向孔123和轴向孔122连接到换能器的铜极上，从而使接收线圈21与所述换能器的电极连接。在径向孔123外面，有密封堵头14堵注不让导线裸露在刀柄组件外，BT刀柄壳12的下部设有用于自动换刀的机械手夹持的环形凹槽124。

本实施例中所述超声刀柄10和副边组件20用灌封胶固定形成超声刀柄组件，在高速电主轴下的带动下，超声刀柄组件工作转速为10000-40000r/min，因此需对整个超声刀柄组件做动平衡，动平衡要求G0.4,动平衡钻孔去重位置126设在超声刀柄10上位于BT锥柄127和环形槽121之间的表面。所述超声刀柄组件在换刀时，机械手夹住超声刀柄10的凹槽124上，可实现自动换刀。

本实用新型的工作过程：启动超声电源发生器50，其产生高压高频电信号通过导线传输到原边组件30的发射线圈33上，发射线圈33通过电磁感应原理无线传输到副边组件20的接收线圈21上，接收线圈21直接和换能器15的铜电极（正极铜片154、负极铜片155）相连，这样换能器通电后通过压电陶瓷的压电效应，经过电声转换从而产生超声振动，随后振动经过变幅杆156的放大传递到电镀金刚石砂轮18上，与此同时，高速电主轴40带动超声刀柄组件高速旋转；这样刀具19可实现同时进行旋转和轴向振动两种运动，并对工件进行磨削加工，大大提高了加工效率和加工表面质量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于非接触能量传输的旋转超声加工装置，其特征是包括高速电主轴、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。

2.根据权利要求1所述的基于非接触能量传输的旋转超声加工装置，其特征是所述原边组件与副边组件之间的间隙为0.5-2mm。

3.根据权利要求2所述的基于非接触能量传输的旋转超声加工装置，其特征是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。

4.根据权利要求3所述的基于非接触能量传输的旋转超声加工装置，其特征是所述超声刀柄包括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。

5.根据权利要求4所述的基于非接触能量传输的旋转超声加工装置，其特征是所述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。