[發(fā)明專利]一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410635050.7
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN104439348A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 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)
• 主分類號: B23B31/02
• 分類號: B23B31/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于旋轉(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。

背景技術(shù)

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(qiáng)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(jī)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(yán)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)《Interface?for?a?tool?actuator?and?or?for?a?tool,in?particular?for?connecting?to?a?machine?tool》。該專利提出了一種將超聲振動刀具與機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床床身固定。旋轉(zhuǎn)端隨機(jī)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(jī)床主軸端部占用一定空間，因此會對于機(jī)械手的換刀過程造成干涉。在不改變機(jī)床現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的情況下，只能采用人工的方式進(jìn)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(jìn)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(jī)床本身或者換刀機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)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。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明要設(shè)計一種既可提高機(jī)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。