[發明專利]非接觸能量傳輸式超聲加工裝置

有效

• 申請號: 201410212162.1
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN104002205B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 張增英
• 申請（專利權）人: 張增英
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司44218
• 代理人: 胡毅

技術領域

本發明涉及超聲輔助加工技術領域，特別涉及一種非接觸能量傳輸式超聲加工裝置。

背景技術

超聲輔助加工作為加工難加工材料的一種有效的復合加工方法，已經在航空航天、精密儀器、光學和醫療等領域得到了廣泛的應用。

超聲輔助加工中換能器作超聲頻率機械振動并且隨加工工具一起高速轉動。如何將高頻超聲電信號傳輸到高速旋轉的超聲振動單元的換能器上是實現超聲輔助加工的一個前提也是難點。

傳統的超聲輔助加工通過碳刷和導電滑環的摩擦接觸方式傳輸能量為換能器供電，因此有碳刷磨損快、發熱量大、導線裸露、容易積炭打火、刀具轉速不能過高、無法實現自動換刀等問題。為此，研發出一種用非接觸式電能傳輸方法來取代傳統的滑動摩擦式電能傳輸方法，為當世之所需。

發明內容

針對上述不足，本發明的目的在于，提供一種結構設計巧妙、合理，能進行非接觸式電能傳輸，滿足加工中心自動換刀需求，且使加工工序更加安全、穩定、可靠的非接觸能量傳輸式超聲加工裝置。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案為：一種非接觸能量傳輸式超聲加工裝置，其包括磨頭、變幅桿、前蓋板、壓電陶瓷、副邊磁環線圈、原邊磁環線圈和刀柄，所述刀柄的一端呈逐漸縮小狀形成一裝夾部，該裝夾部呈錐柄形狀，能方便安裝在不同超聲機械上使用，實現在不改變原超聲機械結構的情況下進行兼容使用，具有良好的兼容性。該刀柄的中部徑向凸起形成一定位部，另一端設有凸緣形成一裝配部，該裝配部的端面中心位置設有裝配凹位，所述前蓋板固定在該裝配凹位的開口上，所述壓電陶瓷設置在該裝配凹位內，且與所述前蓋板的相連接，磨頭通過變幅桿固定在所述前蓋板上，所述副邊磁環線圈固定在所述裝配部上，即與超聲機械的主軸固定在一起，作為電能接受裝置，隨主軸高速轉動。所述原邊磁環線圈對應所述副邊磁環線圈的一側位置設置在超聲機械的機械臂上，作為信號發射裝置，該副邊磁環線圈與所述原邊磁環線圈之間有間隙。

本發明提供的一種非接觸能量傳輸式超聲加工裝置，不僅實現了電能的非接觸式傳輸，同時可滿足加工中心自動換刀需求。經過合適的電容補償網絡，電能傳輸效率可大幅提升。非接觸電能傳輸可以克服接觸式電能傳輸的不足，使超聲加工裝置更加安全、穩定、可靠。針對基于電磁耦合理論的非接觸式電能傳輸技術存在的問題，研究了非接觸傳輸裝置的電磁場解決了超聲加工中傳統的滑環磨損等問題，為超聲加工技術在加工中心的使用開辟了新的途徑。本發明提供的一種非接觸能量傳輸式超聲加工裝置，原邊磁環線圈處于靜止狀態，而副邊磁環線圈則隨著加工主軸做高速旋轉運動，原邊磁環線圈和副邊磁環線圈之間存在級間間隙，沒有直接接觸就避免了接觸摩擦可能造成的發熱現象，并且不限制加工主軸轉速的提高；其次，原邊磁環線圈和副邊磁環線圈的沒有導線裸露，這樣就提升了超聲加工的應用環境，可以不受外在環境的限制，不懼怕灰塵和水的影響；而且具有可拆卸方便、易維護等特點。

作為本發明的進一步改進，所述副邊磁環線圈包括環形保護套殼、第一副邊繞組線圈和第二副邊繞組線圈，所述環形保護套殼套的中心位置設在所述裝配部上，且設有讓所述前蓋板外露的開口，該環形保護套殼套的周緣位置向所述刀柄的一側方向彎折形成線圈固定部，該線圈固定部的端面設有環形線槽，所述第一副邊繞組線圈和第二副邊繞組線圈設置在該環形線槽內，且該第一副邊繞組線圈和第二副邊繞組線圈之間存在磁間隙。

作為本發明的進一步改進，所述環形保護套殼采用相對磁導率為2000，導電率為0的坡莫合金材料制成，優選的，采用型號為1J85的磁坡莫合金制成，形成罐形磁芯。

作為本發明的進一步改進，所述原邊磁環線圈包括弧形保護套殼和弧形繞組線圈，所述弧形保護套殼的中間凸起部位設有一用來將其安裝在超聲機械的機械臂上的安裝座，該弧形保護套殼的兩端對稱向下沿所述刀柄的周向方向延伸，該弧形保護套殼朝向所述副邊磁環線圈的一側面設有弧形線槽，所述弧形繞組線圈設置在所述弧形線槽內。所述弧形保護套殼的弧長為三分之一圓弧。

作為本發明的進一步改進，所述第一副邊繞組線圈和第二副邊繞組線圈均采用直徑為0.5mm的銅線繞制80圈，將它們首尾串聯起來，感應電壓對外實行疊加。所述弧形繞組線圈采用兩根直徑為0.45mm的銅線繞制100圈，可有效地抑制趨膚效應。

作為本發明的進一步改進，所述磨頭、變幅桿、前蓋板、壓電陶瓷、副邊磁環線圈和刀柄均同心于基準軸心。

作為本發明的進一步改進，非接觸能量傳輸式超聲加工裝置的總長度為204～205mm，優選為204.05mm。