一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置，包括固定端和旋轉(zhuǎn)端兩部分，所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置分別有軸向敞開式或徑向敞開式兩種布置方式。所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置為軸向敞開式時，固定端磁芯為從罐型磁芯上截取得到的部分磁芯，所截取的部分磁芯的圓心角小于等于180°；旋轉(zhuǎn)端磁芯為完整的罐形磁芯。所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置為徑向敞開式時，固定端磁芯為從環(huán)形內(nèi)開槽磁芯上截取得到的部分磁芯，所截取磁芯的圓心角小于等于180°；旋轉(zhuǎn)端磁芯為完整的環(huán)形外開槽磁芯。本發(fā)明專利技術(shù)可提高加工效率和自動化水平、節(jié)約改造成本和資金投入、提高超聲加工裝置的安全性、提高超聲加工裝置的適應(yīng)性、安裝和調(diào)試性能好。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置
本專利技術(shù)屬于旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)裝備領(lǐng)域，具體涉及一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置。
技術(shù)介紹
旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)是在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，復(fù)合以超聲振動從而實現(xiàn)材料去除的一種加工方法。旋轉(zhuǎn)超聲加工可以有效減小切削力，降低刀具磨損，提高材料去除率，尤其對于難加工材料有良好的加工效果。因此，旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于陶瓷、玻璃等硬脆材料以及纖維增強復(fù)合材料等難加工材料的加工領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)超聲加工方法主要有：旋轉(zhuǎn)超聲銑削、旋轉(zhuǎn)超聲磨削、旋轉(zhuǎn)超聲車削、旋轉(zhuǎn)超聲鉆削等方法。這些加工方法的實現(xiàn)都離不開旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)。一個完整的旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)通常由超聲電源、超聲能量傳輸裝置和旋轉(zhuǎn)超聲刀柄構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)超聲刀柄包括換能器、變幅桿和加工刀具。加工過程中，旋轉(zhuǎn)超聲刀柄隨機床主軸高速旋轉(zhuǎn)，超聲能量傳輸裝置將超聲電源產(chǎn)生的超聲能量傳遞給旋轉(zhuǎn)超聲刀柄。旋轉(zhuǎn)超聲刀柄中的換能器接收超聲能量并轉(zhuǎn)換為高頻振動，通過變幅桿的放大作用帶動刀具實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)超聲加工。超聲能量傳輸裝置是旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)的核心，總體上分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式超聲能量傳輸主要依靠碳刷和導(dǎo)電滑環(huán)相接觸導(dǎo)電的方式實現(xiàn)。這種電能傳輸方法工作過程中容易產(chǎn)生打火和積碳現(xiàn)象，碳刷磨損嚴重，系統(tǒng)的使用壽命短，安全性低。目前通常采用非接觸式超聲能量傳輸方式來克服接觸式超聲能量傳輸?shù)娜秉c。非接觸式超聲能量傳輸裝置采用電磁耦合能量傳輸原理設(shè)計，在結(jié)構(gòu)上包括固定端和旋轉(zhuǎn)端兩部分，按照固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置的不同，分為軸向式和徑向式兩種。軸向非接觸能量傳輸裝置有：德國專利(DE102009008227A1)《Interfaceforatoolactuatorandorforatool,inparticularforconnectingtoamachinetool》。該專利提出了一種將超聲振動刀具與機床實現(xiàn)連接的接口形式。該接口在軸向上分為第一和第二連接區(qū)域并包含非接觸能量傳輸裝置。非接觸能量傳輸裝置實現(xiàn)電能的初步傳輸，后經(jīng)導(dǎo)電裝置將電能傳輸給旋轉(zhuǎn)超聲刀柄，完成整個電能的傳輸。其中，非接觸能量傳輸裝置的固定端與旋轉(zhuǎn)端軸向相對布置并集成在機床主軸內(nèi)部，形成較為封閉的軸向能量傳輸空間；此外，中國專利CN103128605A《一種超聲加工刀柄》提出了一種感應(yīng)式超聲刀柄結(jié)構(gòu)，該刀柄外側(cè)設(shè)置有包括發(fā)射線圈和接收線圈等結(jié)構(gòu)的軸向非接觸電磁轉(zhuǎn)換裝置；中國專利CN102642157A《具有無線傳輸超聲功率信號的加工裝置》也提出一種軸向非接觸能量傳輸形式的旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置。該能量傳輸裝置包括發(fā)射線圈固定套件、發(fā)射電磁線圈、接收電磁線圈和軟磁體環(huán)形槽等結(jié)構(gòu)。發(fā)射電磁線圈通過發(fā)射線圈固定套件與機床主軸固定并與接收電磁線圈軸向小間隙布置，從而實現(xiàn)軸向上的非接觸能量傳輸。徑向非接觸能量傳輸裝置有：中國專利CN102151867A公開了《一種基于機床附件化的旋轉(zhuǎn)超聲波頭》，該專利將非接觸式集流環(huán)設(shè)置在主軸與支撐外殼之間，通過非接觸式集流環(huán)將超聲波振動信號在刀柄徑向方向上傳遞給超聲振動工作裝置。支撐外殼通過撥叉或磁座方式與機床床身固定。旋轉(zhuǎn)端隨機床主軸旋轉(zhuǎn)，并通過軸承等形式與固定端小間隙徑向布置。由于軸承的采用和支撐外殼的尺寸限制，均增加了裝置的徑向尺寸。現(xiàn)有的非接觸能量傳輸方式，無論是軸向還是徑向，其能量傳輸空間都相對封閉，同時固定端在機床主軸端部占用一定空間，因此會對于機械手的換刀過程造成干涉。在不改變機床現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的情況下，只能采用人工的方式進行換刀。一個零件的加工往往需要諸多工序才能完成，不同的工序之間需要進行多次刀具的更換。這種頻繁的人工換刀過程，降低了加工效率和生產(chǎn)的自動化水平；如果想實現(xiàn)自動換刀功能，就需要對機床本身或者換刀機構(gòu)進行大量改造，其改造成本和資金投入巨大；此外，這種人工換刀等人為因素的引入和相對封閉的能量傳輸空間，不利于加工過程的安全。現(xiàn)有的非接觸能量傳輸裝置還存在對于不同機床和不同刀柄結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差，安裝調(diào)試不方便等缺點。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)要設(shè)計一種既可提高機床加工效率、自動化水平和生產(chǎn)安全性，又能提高刀柄結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和安裝調(diào)試性能的用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置，包括固定端和旋轉(zhuǎn)端兩部分，所述的固定端包括固定端磁芯和固定端線圈，所述的旋轉(zhuǎn)端包括旋轉(zhuǎn)端磁芯、旋轉(zhuǎn)端線圈和磁芯外套；所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置分別有軸向敞開式或徑向敞開式兩種布置方式。其中軸向敞開式布置方式適用于徑向空間受限制的場合，徑向敞開式布置方式適用于軸向空間受限制的場合；所述的軸向敞開式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端上側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對軸向布置；所述的徑向敞開式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端的外側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對徑向布置；所述的固定端磁芯和固定端線圈用灌封膠封裝于固定板內(nèi)，并通過調(diào)整板和轉(zhuǎn)接板安裝在機床主軸端部。所述的旋轉(zhuǎn)端磁芯和旋轉(zhuǎn)端線圈用灌封膠封裝于磁芯外套內(nèi)，所述的磁芯外套通過過盈連接與旋轉(zhuǎn)超聲刀柄連接；所述的固定板與調(diào)整板之間、調(diào)整板與轉(zhuǎn)接板之間預(yù)制凹槽和螺紋孔。一組螺釘穿過固定板的凹槽，與調(diào)整板螺紋固定。另一組螺釘穿過轉(zhuǎn)接板的凹槽與調(diào)整板螺紋固定。所述的轉(zhuǎn)接板通過螺紋與機床主軸固定；所述的轉(zhuǎn)接板與調(diào)整板之間、調(diào)整板與固定板之間采用定位槽定位，利用定位槽的定位和導(dǎo)向作用，約束調(diào)整板的移動方向。所述的調(diào)整板依靠凹槽的調(diào)整作用，實現(xiàn)調(diào)整板與固定板和轉(zhuǎn)接板之間相對位置的調(diào)整，即調(diào)整固定端與旋轉(zhuǎn)端之間的軸向或徑向間隙。當所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置為軸向敞開式時，固定端磁芯為從罐型磁芯上截取得到的部分磁芯，所截取的部分磁芯的圓心角小于等于180°；旋轉(zhuǎn)端磁芯為完整的罐形磁芯。其中，固定端和旋轉(zhuǎn)端磁芯通過磁感線的有效面積Ae相同，二者軸線重合，在軸向上小間隙敞開布置；在繞線方式上，固定端線圈呈半月形繞線方式，漆包線從所截取的罐形磁芯溝槽內(nèi)繞過并沿罐形磁芯外壁繞回，如此往復(fù)纏繞在固定端磁芯的外壁；旋轉(zhuǎn)端線圈呈環(huán)形繞線方式，漆包線往復(fù)纏繞在旋轉(zhuǎn)端磁芯的溝槽內(nèi)。當所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置為徑向敞開式時，固定端磁芯為從環(huán)形內(nèi)開槽磁芯上截取得到的部分磁芯，所截取磁芯的圓心角小于等于180°；旋轉(zhuǎn)端磁芯為完整的環(huán)形外開槽磁芯；其中，固定端和旋轉(zhuǎn)端磁芯通過磁感線的有效面積Ae相同，且環(huán)形外開槽磁芯的外徑比環(huán)形內(nèi)開槽磁芯的內(nèi)徑略小，二者軸線重合，在徑向上小間隙敞開布置；在繞線方式上，固定端線圈呈半月形繞線方式，漆包線從環(huán)形內(nèi)開槽磁芯溝槽內(nèi)繞過并沿磁芯外壁繞回，如此往復(fù)纏繞在固定端磁芯的外壁；旋轉(zhuǎn)端線圈呈環(huán)形繞線方式，漆包線往復(fù)纏繞在環(huán)形外開槽的磁芯溝槽內(nèi)。本專利技術(shù)的工作原理如下：根據(jù)固定端磁芯的具體形狀，固定端線圈圍繞磁芯外壁進行繞制。電流沿著固定端線圈繞線方向流動，并在固定端形成一個局部的半月形電流回路。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，該感應(yīng)電流產(chǎn)生變化的磁場，在旋轉(zhuǎn)端環(huán)形線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。固定端與旋轉(zhuǎn)端線圈一起構(gòu)成了非接觸能量傳輸裝置的敞開式電流回路，從而實現(xiàn)非接觸能量傳輸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：1、提高加工效率和自動化水平。在現(xiàn)有的手動換刀條本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置，包括固定端和旋轉(zhuǎn)端兩部分，所述的固定端包括固定端磁芯(2)和固定端線圈(3)，所述的旋轉(zhuǎn)端包括旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)、旋轉(zhuǎn)端線圈(4)和磁芯外套(6)；其特征在于：所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置分別有軸向敞開式或徑向敞開式兩種布置方式；其中軸向敞開式布置方式適用于徑向空間受限制的場合，徑向敞開式布置方式適用于軸向空間受限制的場合；所述的軸向敞開式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端上側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對軸向布置；所述的徑向敞開式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端的外側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對徑向布置；所述的固定端磁芯(2)和固定端線圈(3)用灌封膠封裝于固定板(1)內(nèi)，并通過調(diào)整板和轉(zhuǎn)接板安裝在機床主軸端部；所述的旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)和旋轉(zhuǎn)端線圈(4)用灌封膠封裝于磁芯外套(6)內(nèi)，所述的磁芯外套(6)通過過盈連接與旋轉(zhuǎn)超聲刀柄(7)連接；所述的固定板(1)與調(diào)整板之間、調(diào)整板與轉(zhuǎn)接板之間預(yù)制凹槽和螺紋孔；一組螺釘穿過固定板(1)的凹槽，與調(diào)整板螺紋固定；另一組螺釘穿過轉(zhuǎn)接板的凹槽與調(diào)整板螺紋固定；所述的轉(zhuǎn)接板通過螺紋與機床主軸固定；所述的轉(zhuǎn)接板與調(diào)整板之間、調(diào)整板與固定板(1)之間采用定位槽定位，利用定位槽的定位和導(dǎo)向作用，約束調(diào)整板的移動方向；所述的調(diào)整板依靠凹槽的調(diào)整作用，實現(xiàn)調(diào)整板與固定板(1)和轉(zhuǎn)接板之間相對位置的調(diào)整，即調(diào)整固定端與旋轉(zhuǎn)端之間的軸向或徑向間隙；當所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置為軸向敞開式時，固定端磁芯(2)為從罐型磁芯上截取得到的部分磁芯，所截取的部分磁芯的圓心角小于等于180°；旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)為完整的罐形磁芯；其中，固定端和旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)通過磁感線的有效面積Ae相同，二者軸線重合，在軸向上小間隙敞開布置；在繞線方式上，固定端線圈(3)呈半月形繞線方式，漆包線從所截取的罐形磁芯溝槽內(nèi)繞過并沿罐形磁芯外壁繞回，如此往復(fù)纏繞在固定端磁芯(2)的外壁；旋轉(zhuǎn)端線圈(4)呈環(huán)形繞線方式，漆包線往復(fù)纏繞在旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)的溝槽內(nèi)；當所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置為徑向敞開式時，固定端磁芯(2)為從環(huán)形內(nèi)開槽磁芯上截取得到的部分磁芯，所截取磁芯的圓心角小于等于180°；旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)為完整的環(huán)形外開槽磁芯；其中，固定端和旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)通過磁感線的有效面積Ae相同，且環(huán)形外開槽磁芯的外徑比環(huán)形內(nèi)開槽磁芯的內(nèi)徑略小，二者軸線重合，在徑向上小間隙敞開布置；在繞線方式上，固定端線圈(3)呈半月形繞線方式，漆包線從環(huán)形內(nèi)開槽磁芯溝槽內(nèi)繞過并沿磁芯外壁繞回，如此往復(fù)纏繞在固定端磁芯(2)的外壁；旋轉(zhuǎn)端線圈(4)呈環(huán)形繞線方式，漆包線往復(fù)纏繞在環(huán)形外開槽的磁芯溝槽內(nèi)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置，包括固定端和旋轉(zhuǎn)端兩部分，所述的固定端包括固定端磁芯(2)和固定端線圈(3)，所述的旋轉(zhuǎn)端包括旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)、旋轉(zhuǎn)端線圈(4)和磁芯外套(6)；其特征在于：所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對位置分別有軸向敞開式或徑向敞開式兩種布置方式；其中軸向敞開式布置方式適用于徑向空間受限制的場合，徑向敞開式布置方式適用于軸向空間受限制的場合；所述的軸向敞開式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端上側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對軸向布置；所述的徑向敞開式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端的外側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對徑向布置；所述的固定端磁芯(2)和固定端線圈(3)用灌封膠封裝于固定板(1)內(nèi)，并通過調(diào)整板和轉(zhuǎn)接板安裝在機床主軸端部；所述的旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)和旋轉(zhuǎn)端線圈(4)用灌封膠封裝于磁芯外套(6)內(nèi)，所述的磁芯外套(6)與旋轉(zhuǎn)超聲刀柄(7)過盈連接；所述的固定板(1)與調(diào)整板之間、調(diào)整板與轉(zhuǎn)接板之間預(yù)制凹槽和螺紋孔；一組螺釘穿過固定板(1)的凹槽，與調(diào)整板螺紋固定；另一組螺釘穿過轉(zhuǎn)接板的凹槽與調(diào)整板螺紋固定；所述的轉(zhuǎn)接板通過螺紋與機床主軸固定；所述的轉(zhuǎn)接板與調(diào)整板之間、調(diào)整板與固定板(1)之間采用定位槽定位，利用定位槽的定位和導(dǎo)向作用，約束調(diào)整板的移動方向；所述的調(diào)整板依靠凹槽的調(diào)整作用，實現(xiàn)調(diào)整板與固定板...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董志剛，康仁科，王毅丹，周平，孫雷，劉津延，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21