[發(fā)明專利]高速旋轉(zhuǎn)超聲扭振加工裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210371139.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102873019A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝錫晶;劉振;成全;王建青;孔文軍;曾志強(qiáng);劉濤;郭策;史麗媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B06B1/06
• 分類(lèi)號(hào): B06B1/06
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;吳立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲波加工裝置，特別是涉及一種高速旋轉(zhuǎn)超聲扭振加工裝置。

背景技術(shù)

目前，很多新型材料和多功能材料，如SiC、NdFeB、功能陶瓷等被廣泛應(yīng)用于工業(yè)工程、光學(xué)工程、汽車(chē)工業(yè)和航空航天工程等高科技精密零器件領(lǐng)域里，但這些材料一般都具有脆硬難加工的特點(diǎn)，使用傳統(tǒng)的金屬加工技術(shù)容易造成刀具的磨損、工件的燒傷和損傷，很難達(dá)到要求的精度，并且加工效率較低，超聲振動(dòng)加工技術(shù)是一種將超聲振動(dòng)與刀具或工件相結(jié)合的新型加工技術(shù)，相比傳統(tǒng)加工技術(shù)（車(chē)、銑、磨）具有切削力低、切削溫度低、加工效率高，能夠有效提高工件表面質(zhì)量，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。

傳統(tǒng)的超聲振動(dòng)加工主軸裝置主要由換能器和變幅桿組成，通常換能器有磁致伸縮換能器和壓電陶瓷換能器兩種結(jié)構(gòu)，磁致伸縮換能器由鐵磁材料制成，由于伸縮系數(shù)?。?0μm·m-1）、機(jī)電轉(zhuǎn)換效率較低（30%），逐漸被壓電陶瓷換能器取代，壓電換能器中的壓電陶瓷一般有圓片狀和圓管狀兩種結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)加工主軸設(shè)計(jì)中，壓電換能器的電流輸入信號(hào)通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)。

一種是通過(guò)碳刷和集流裝置傳輸交變電流，從而使壓電陶瓷換能器產(chǎn)生超聲振動(dòng)，如中國(guó)專利02127820.2、200810027205.3和201010525882.5中設(shè)計(jì)的以壓電陶瓷換能器為振動(dòng)源的超聲加工主軸，這種結(jié)構(gòu)在高速甚至超高速旋轉(zhuǎn)加工來(lái)說(shuō)，容易造成碳刷的磨損而導(dǎo)致功能失效；另一種交變電流信號(hào)是通過(guò)電磁感應(yīng)非接觸方式傳輸，如中國(guó)專利200680024192.3和200810199000.3設(shè)計(jì)的超聲振動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通過(guò)電磁感應(yīng)方式傳輸交變電流信號(hào)的旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)主軸結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，雖然避免了電刷與滑環(huán)的摩擦，但激勵(lì)線圈、感應(yīng)線圈在超高頻交變電流變化下，容易導(dǎo)致線圈發(fā)熱和產(chǎn)生磁渦流損耗，降低能量傳遞效率。

還有以稀土超磁致伸材料為振動(dòng)源的換能器被廣泛應(yīng)用于超聲檢測(cè)，如專利200620079516.0、200910077343.7、201210002103.2，稀土超磁致伸縮換能器在激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)稀土材料的伸縮位移變化，這種結(jié)構(gòu)超磁致伸縮換能器只能實(shí)現(xiàn)軸向的位移伸縮，而不能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的高速旋轉(zhuǎn)超聲扭振加工裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種體積較小、轉(zhuǎn)速較高、可提供大功率和大超聲能量且可以實(shí)現(xiàn)工件旋轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)超聲扭振加工裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：本發(fā)明的一種高速旋轉(zhuǎn)超聲扭振加工裝置，包括輸出軸和傳輸軸，所述輸出軸和所述傳輸軸均為內(nèi)設(shè)階梯孔的階梯軸，所述輸出軸的一側(cè)連接振動(dòng)工具頭，所述輸出軸的另一側(cè)延伸至所述傳輸軸的內(nèi)孔內(nèi)且與所述傳輸軸固定連接，所述傳輸軸連接旋轉(zhuǎn)主軸，在所述輸出軸內(nèi)孔內(nèi)的軸向方向上由里向外依次安裝有稀土棒和管形的壓電陶瓷。

所述稀土棒的一側(cè)設(shè)有前輻射塊，稀土棒的另一側(cè)設(shè)有后輻射塊，通過(guò)前輻射塊和后輻射塊使稀土棒安裝在輸出軸的內(nèi)孔，在所述稀土棒與所述壓電陶瓷之間設(shè)有壓電陶瓷壓筒，所述壓電陶瓷安裝在所述壓電陶瓷壓筒與輸出軸內(nèi)孔之間，在所述壓電陶瓷壓筒的外側(cè)連接有用于密封輸出軸內(nèi)孔的壓緊端蓋。

延伸至所述傳輸軸內(nèi)的輸出軸上纏繞有用于產(chǎn)生感應(yīng)電流的感應(yīng)線圈，所述感應(yīng)線圈與壓電陶瓷內(nèi)的電極片相連，所述傳輸軸的外緣上安裝有滾動(dòng)軸承，所述傳輸軸的外側(cè)還設(shè)置有線圈架和位于所述線圈架外緣的外套筒，所述線圈架與所述外套筒形成一個(gè)密閉的線圈放置腔，所述線圈架與所述滾動(dòng)軸承的外圈過(guò)盈配合，所述線圈放置腔設(shè)置有用于為稀土棒提供交變磁場(chǎng)的且為感應(yīng)線圈提供感應(yīng)電流的激勵(lì)線圈，這樣稀土棒的軸向伸縮應(yīng)變提供軸向振動(dòng)，壓電陶瓷彎曲或扭轉(zhuǎn)應(yīng)變提供徑向或切向振動(dòng)，工具的軸向振動(dòng)能夠降低工件表面粗糙度，徑向或切向振動(dòng)會(huì)增加材料去除率，因此稀土棒輸出的大應(yīng)變位移和壓電陶瓷的小應(yīng)變位移疊加的橢圓振動(dòng)充分利用了兩種振動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，有效提高了工件加工表面質(zhì)量，使得表面粗糙度平均降低30%，表面質(zhì)量提高一個(gè)等級(jí)，材料去除率提高20%，并且將二維超聲振動(dòng)施加于工具上，可以加工異形件外表面或內(nèi)腔面的精密加工。

所述前輻射塊、稀土棒、后輻射塊的中心均設(shè)置有通孔，在所述通孔內(nèi)設(shè)置有預(yù)緊螺栓，所述預(yù)緊螺栓的一端連接有用于使稀土棒軸向壓緊的螺母，稀土棒的伸縮應(yīng)變與磁場(chǎng)強(qiáng)度、偏磁場(chǎng)強(qiáng)度和預(yù)緊應(yīng)力的大小有關(guān)，因此可以通過(guò)改變激勵(lì)電流和預(yù)緊螺栓、螺母裝置來(lái)控制超聲振幅的大小，使得設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)超聲扭振裝置適合不同精度加工情況，減少了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的繁瑣和制造成本。