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
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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(duì)位置分別有軸向敞開(kāi)式或徑向敞開(kāi)式兩種布置方式。所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)位置為軸向敞開(kāi)式時(shí)，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(duì)位置為徑向敞開(kāi)式時(shí)，固定端磁芯為從環(huán)形內(nèi)開(kāi)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(kāi)槽磁芯。本發(fā)明可提高加工效率和自動(dòng)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。
【專利說(shuō)明】一種用于旋轉(zhuǎn)超聲加工的非接觸能量傳輸裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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(dòng)從而實(shí)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(duì)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。
[0003]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(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)。一個(gè)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(guò)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(dòng)，通過(guò)變幅桿的放大作用帶動(dòng)刀具實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)超聲加工。
[0004]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(shí)現(xiàn)。這種電能傳輸方法工作過(guò)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。
[0005]目前通常采用非接觸式超聲能量傳輸方式來(lái)克服接觸式超聲能量傳輸?shù)娜秉c(diǎn)。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(jì)，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(duì)位置的不同，分為軸向式和徑向式兩種。
[0006]軸向非接觸能量傳輸裝置有:德國(guó)專利(DE102009008227A1) ?Interface for atool 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(dòng)刀具與機(jī)床實(shí)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(shí)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(gè)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(duì)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(guó)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(guó)專利CN102642157A《具有無(wú)線傳輸超聲功率信號(hào)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(guò)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(shí)現(xiàn)軸向上的非接觸能量傳輸。
[0007]徑向非接觸能量傳輸裝置有:中國(guó)專利CN102151867A公開(kāi)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(guò)非接觸式集流環(huán)將超聲波振動(dòng)信號(hào)在刀柄徑向方向上傳遞給超聲振動(dòng)工作裝置。支撐外殼通過(guò)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(guò)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。
[0008]現(xiàn)有的非接觸能量傳輸方式，無(wú)論是軸向還是徑向，其能量傳輸空間都相對(duì)封閉，同時(shí)固定端在機(jī)床主軸端部占用一定空間，因此會(huì)對(duì)于機(jī)械手的換刀過(guò)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(gè)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(guò)程，降低了加工效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化水平；如果想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能，就需要對(duì)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(duì)封閉的能量傳輸空間，不利于加工過(guò)程的安全?，F(xiàn)有的非接觸能量傳輸裝置還存在對(duì)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(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種既可提高機(jī)床加工效率、自動(dòng)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。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(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(duì)位置分別有軸向敞開(kāi)式或徑向敞開(kāi)式兩種布置方式。其中軸向敞開(kāi)式布置方式適用于徑向空間受限制的場(chǎng)合，徑向敞開(kāi)式布置方式適用于軸向空間受限制的場(chǎng)合；所述的軸向敞開(kāi)式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端上側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)軸向布置；所述的徑向敞開(kāi)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(duì)徑向布置；
[0011]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(guò)調(diào)整板和轉(zhuǎn)接板安裝在機(jī)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(guò)過(guò)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(guò)固定板的凹槽，與調(diào)整板螺紋固定。另一組螺釘穿過(guò)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(guò)螺紋與機(jī)床主軸固定；
[0012]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(dòng)方向。所述的調(diào)整板依靠凹槽的調(diào)整作用，實(shí)現(xiàn)調(diào)整板與固定板和轉(zhuǎn)接板之間相對(duì)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。
[0013]當(dāng)所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)位置為軸向敞開(kāi)式時(shí)，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(guò)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(kāi)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(guò)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)。
[0014]當(dāng)所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)位置為徑向敞開(kāi)式時(shí)，固定端磁芯為從環(huán)形內(nèi)開(kāi)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(kāi)槽磁芯；其中，固定端和旋轉(zhuǎn)端磁芯通過(guò)磁感線的有效面積Ae相同，且環(huán)形外開(kāi)槽磁芯的外徑比環(huán)形內(nèi)開(kāi)槽磁芯的內(nèi)徑略小，二者軸線重合，在徑向上小間隙敞開(kāi)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(kāi)槽磁芯溝槽內(nèi)繞過(guò)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(kāi)槽的磁芯溝槽內(nèi)。
[0015]本發(fā)明的工作原理如下: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(jìn)行繞制。電流沿著固定端線圈繞線方向流動(dòng)，并在固定端形成一個(gè)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(chǎng)，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(kāi)式電流回路，從而實(shí)現(xiàn)非接觸能量傳輸。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]1、提高加工效率和自動(dòng)化水平。在現(xiàn)有的手動(dòng)換刀條件下，旋轉(zhuǎn)超聲加工過(guò)程的各個(gè)工序之間往往需要較多的手動(dòng)換刀工藝時(shí)間，加工效率低下，不利于提高加工的自動(dòng)化水平。本發(fā)明由于采用了敞開(kāi)式的非接觸電能傳輸形式，預(yù)留出足夠的敞開(kāi)空間，方便換刀過(guò)程中機(jī)械手的進(jìn)出，可以有效地解決機(jī)械手與固定端的干涉問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程與換刀過(guò)程的有機(jī)銜接，縮短各工序間的準(zhǔn)備時(shí)間，提高加工的自動(dòng)化水平。
[0018]2、節(jié)約改造成本和資金投入。對(duì)于現(xiàn)有的自動(dòng)換刀機(jī)床，將其改造成為旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床的同時(shí)，必然涉及到成本和資金投入等問(wèn)題。本發(fā)明采用敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置，能有效地避讓開(kāi)機(jī)械手的換刀空間。不需要對(duì)機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)和機(jī)械手的換刀路徑進(jìn)行額外改造，從而大大降低了改造成本和資金投入。
[0019]3、提高超聲加工裝置的安全性。在不改變機(jī)械手路徑的前提下，能有效避免機(jī)械手與固定端碰撞，提高換刀過(guò)程的安全性；同時(shí)，敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置，能在更換刀柄前后，預(yù)留出足夠的觀察和操作空間。在刀柄旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，該敞開(kāi)的固定端結(jié)構(gòu)還有利于切肩等雜質(zhì)的排出，保證加工的安全進(jìn)行。
[0020]4、提高超聲加工裝置的適應(yīng)性。本發(fā)明對(duì)于機(jī)床具有良好的適應(yīng)性:由于采用固定端敞開(kāi)的非接觸能量傳輸形式，固定端為完整磁芯的一部分，相比采用完整磁芯而言，不受限于與機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)及尺寸，其空間占用更小，為機(jī)床主軸端面其他裝置如冷卻管或傳感器的布置留出更多空間。此外，本發(fā)明的敞開(kāi)式非接觸式能量傳輸裝置的固定端預(yù)留出一半以上的空間，能有效地解決自動(dòng)換刀過(guò)程中的機(jī)械手與固定板之間的干涉問(wèn)題，提高裝置對(duì)于自動(dòng)換刀機(jī)床的適應(yīng)性。同時(shí)，本發(fā)明對(duì)于不同形式的刀柄也具有適應(yīng)性:旋轉(zhuǎn)端通過(guò)磁芯外套的過(guò)盈連接可以安裝在不同尺寸和形狀的旋轉(zhuǎn)超聲刀柄上，實(shí)現(xiàn)與刀柄的有機(jī)結(jié)合，使得刀柄的設(shè)計(jì)更為靈活。
[0021]5、安裝和調(diào)試性能好。本發(fā)明的轉(zhuǎn)接板和調(diào)整板均采用定位槽定位，預(yù)制凹槽和螺紋孔，用螺釘實(shí)現(xiàn)相互位置的調(diào)整和固定。當(dāng)固定端和旋轉(zhuǎn)端位置調(diào)整好后，用螺釘對(duì)于整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行緊固，整個(gè)安裝和調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單易行。當(dāng)系統(tǒng)需要調(diào)整時(shí)，調(diào)整板可以實(shí)現(xiàn)固定端與旋轉(zhuǎn)端之間的軸向和徑向間隙的調(diào)整，同時(shí)可以方便地實(shí)現(xiàn)非接觸電能傳輸系統(tǒng)的間隙和性能的調(diào)節(jié)，提尚系統(tǒng)的安裝和調(diào)試性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]本發(fā)明共有附圖8張，其中:
[0023]圖1是本發(fā)明的軸向敞開(kāi)式旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置的局部示意圖。
[0024]圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的軸向敞開(kāi)式電能傳輸裝置的剖面示意圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的軸向敞開(kāi)式電能傳輸裝置的外形示意圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的徑向敞開(kāi)式旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置的局部示意圖。
[0028]圖6是圖5的B-B剖視圖。
[0029]圖7是本發(fā)明的徑向敞開(kāi)式電能傳輸裝置的剖面示意圖。
[0030]圖8是本發(fā)明的徑向敞開(kāi)式電能傳輸裝置的外形示意圖。
[0031]圖中:1、固定板，2、固定端磁芯，3、固定端線圈，4、旋轉(zhuǎn)端線圈，5、旋轉(zhuǎn)端磁芯，6、磁芯外套，7、旋轉(zhuǎn)超聲刀柄，8、超聲加工工具。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。
[0033]本發(fā)明敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置包括固定端和旋轉(zhuǎn)端兩部分。其特征在于，固定端包括固定端磁芯2和固定端線圈3。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。固定端磁芯2和固定端線圈3由灌封膠(未給出)封裝于固定板I內(nèi)。并通過(guò)調(diào)整板(未給出)和轉(zhuǎn)接板(未給出)安裝在機(jī)床主軸(未給出)端部。所述的旋轉(zhuǎn)端磁芯5和旋轉(zhuǎn)端線圈4用灌封膠(未給出)封裝于磁芯外套6內(nèi)，所述的磁芯外6套通過(guò)過(guò)盈連接與旋轉(zhuǎn)超聲刀柄7連接；
[0034]磁芯外套6采用不銹鋼材料，通過(guò)過(guò)盈連接與旋轉(zhuǎn)超聲刀柄7連接。所述的旋轉(zhuǎn)超聲刀柄7為常用的7:24錐度的通用刀柄、1:10錐度的真空刀柄或其他標(biāo)準(zhǔn)形式的刀柄。
[0035]所述的固定板I與調(diào)整板(未給出)之間，調(diào)整板(未給出)與轉(zhuǎn)接板(未給出)之間預(yù)制凹槽和螺紋孔。安裝過(guò)程中，一組螺釘穿過(guò)固定板I的凹槽，與調(diào)整板(未給出)實(shí)現(xiàn)螺紋固定。另一組螺釘穿過(guò)轉(zhuǎn)接板的凹槽與調(diào)整板(未給出)實(shí)現(xiàn)螺紋固定。所述的轉(zhuǎn)接板(未給出)通過(guò)螺紋與機(jī)床主軸(未給出)固定，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的安裝；
[0036]調(diào)整過(guò)程中，所述的轉(zhuǎn)接板(未給出)與調(diào)整板(未給出)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(未給出)的移動(dòng)方向。所述的調(diào)整板(未給出)依靠凹槽的調(diào)整作用，實(shí)現(xiàn)調(diào)整板(未給出)與固定板I和轉(zhuǎn)接板(未給出)的相對(duì)位置的調(diào)整，從而達(dá)到固定端與旋轉(zhuǎn)端之間軸向和徑向間隙調(diào)整的目的。
[0037]具體的設(shè)計(jì)流程如下:首先，根據(jù)超聲加工系統(tǒng)的諧振頻率&，確定固定端磁芯2、固定端線圈3、旋轉(zhuǎn)端線圈4、旋轉(zhuǎn)端磁芯5組成的敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置的工作頻率fw。其次，根據(jù)非接觸能量傳輸裝置的工作頻率fw，計(jì)算穿透深度σ，并根據(jù)導(dǎo)線直徑d小于等于2倍穿透深度σ的原則選取導(dǎo)線直徑d。然后，根據(jù)導(dǎo)線直徑d、固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5的具體形狀、所需的加工功率，計(jì)算固定端和旋轉(zhuǎn)端線圈的匝數(shù)NpN2，并進(jìn)行圓整。再根據(jù)非接觸能量傳輸裝置的工作頻率fw以及性能參數(shù)選擇合適的磁芯材料。當(dāng)磁芯材料、信號(hào)波形和工作頻率fw確定后，通過(guò)系統(tǒng)傳遞的功率確定原邊電壓Vp和原邊電流Ip，最后結(jié)合刀柄實(shí)際尺寸確定敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置的大小參數(shù)。
[0038]其中固定端磁芯2由罐型磁芯或環(huán)形內(nèi)開(kāi)槽磁芯截取得到，其截取磁芯的圓心角小于等于180°，旋轉(zhuǎn)端為完整的罐型磁芯或完整的環(huán)形外開(kāi)槽磁芯。固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5軸線重合，相對(duì)軸向或徑向小間隙布置，其中，固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5通過(guò)磁感線的有效面積Ae相同。固定端線圈纏繞在固定端磁芯2的外壁，旋轉(zhuǎn)端線圈繞制在旋轉(zhuǎn)端磁芯5的環(huán)形槽內(nèi)，二者構(gòu)成敞開(kāi)式的能量傳輸系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)能量從固定端到旋轉(zhuǎn)端的傳輸。
[0039]整個(gè)裝置的工作原理如下:固定端線圈3纏繞在固定端磁芯2的外壁并通過(guò)固定板1、調(diào)整板(未給出)以及轉(zhuǎn)接板(未給出)連接在機(jī)床主軸上。固定端磁芯2與旋轉(zhuǎn)端磁芯5同軸安裝，相對(duì)軸向或徑向小間隙布置。工作過(guò)程中，固定端線圈3通以高頻的交變電流，在固定端周圍產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。由于固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5構(gòu)成的磁路存在，使得該磁場(chǎng)在固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5間流動(dòng)，并將能量傳遞至旋轉(zhuǎn)端磁芯5。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，旋轉(zhuǎn)端線圈4內(nèi)部產(chǎn)生與固定端線圈3相反的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)超聲加工工具8產(chǎn)生高頻振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)超聲加工。
[0040]實(shí)施例一
[0041]如圖1、2、3、4所示為本發(fā)明的軸向敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置的實(shí)施例一的示意圖。其中，除了調(diào)整機(jī)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)超聲刀柄外，其最核心的非接觸能量傳輸裝置的敞開(kāi)性主要體現(xiàn)在磁芯結(jié)構(gòu)和繞線方式上:該實(shí)施例中采用軸向敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置。在磁芯結(jié)構(gòu)上，其固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5分別采用部分和完整的罐形磁芯，二者同軸，軸小間隙布置，固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5通過(guò)磁感線的有效面積Ae相同，形成敞開(kāi)式磁場(chǎng)回路；在繞線方式上，固定端線圈3繞制在固定端磁芯3的外壁，旋轉(zhuǎn)端線圈4繞制在旋轉(zhuǎn)端磁芯5的溝槽內(nèi)，二者組成了敞開(kāi)式的電流回路。固定端和旋轉(zhuǎn)端共同構(gòu)成了軸向敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置。
[0042]實(shí)施例二
[0043]如圖5、6、7、8所示為本發(fā)明的徑向敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置的實(shí)施例二的示意圖，其與圖1、2、3、4所示的實(shí)施例一中的調(diào)整機(jī)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)超聲刀柄相同之處就不再贅述，僅就不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
[0044]實(shí)施例二中采用徑向敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置。其敞開(kāi)性體現(xiàn)在:在磁芯結(jié)構(gòu)上，固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5分別采用部分和整個(gè)開(kāi)槽環(huán)形磁芯，二者同軸，徑向小間隙布置，固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5通過(guò)磁感線的有效面積Ae相同，形成敞開(kāi)式磁場(chǎng)回路；在繞線方式上，固定端線圈3繞制在固定端磁芯2的外壁，旋轉(zhuǎn)端線圈4繞制在旋轉(zhuǎn)端磁芯5的溝槽內(nèi)，二者組成了敞開(kāi)式的電流回路。固定端和旋轉(zhuǎn)端共同構(gòu)成了徑向敞開(kāi)式非接觸能量傳輸裝置。
[0045]實(shí)施例一和實(shí)施例二的不同點(diǎn)在于，實(shí)施例一在刀柄的徑向空間上占用少，實(shí)施例二在刀柄的軸向空間上占用少；實(shí)施例一的磁芯結(jié)構(gòu)較實(shí)施例二的加工工藝性更好，加工成本和制造難度更??；在相同條件下，實(shí)施例二較實(shí)施例一的電能傳輸效率更高，通過(guò)改變磁芯環(huán)形溝槽的尺寸，可以進(jìn)一步對(duì)于刀柄的外形結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行簡(jiǎn)化；實(shí)施例一主要用于小功率非接觸能量傳輸和傳輸效率要求不高的場(chǎng)合；實(shí)施例二主要用于大功率非接觸能量傳輸和傳輸效率要求較高的場(chǎng)合。
[0046]實(shí)施例一和實(shí)施例二的相同點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)提高加工效率和自動(dòng)化水平，降低改造成本和資金投入的目的，同時(shí)提高超聲加工裝置的安全性、適應(yīng)性以及安裝和調(diào)試性能。實(shí)施例一和實(shí)施例二都可以通過(guò)改變磁芯的形狀、磁芯溝槽大小、線圈匝數(shù)以及固定端磁芯2和旋轉(zhuǎn)端磁芯5的間隙的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能和傳輸效率的調(diào)整。本發(fā)明有效地推動(dòng)旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)床上應(yīng)用，為旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置中非接觸能量傳輸裝置的設(shè)計(jì)以及在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提出了新的思路。
[0047]本發(fā)明不局限于上述描述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】在不脫離本發(fā)明宗旨，即敞開(kāi)式式非接觸能量傳輸裝置的情況下，結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)合，磁芯開(kāi)槽尺寸和磁芯形狀會(huì)有變化，所截取磁芯的角度范圍會(huì)有變化，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
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⑷和磁芯外套(6); 其特征在于:所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)位置分別有軸向敞開(kāi)式或徑向敞開(kāi)式兩種布置方式；其中軸向敞開(kāi)式布置方式適用于徑向空間受限制的場(chǎng)合，徑向敞開(kāi)式布置方式適用于軸向空間受限制的場(chǎng)合；所述的軸向敞開(kāi)式布置的固定端位于旋轉(zhuǎn)端上側(cè)，并與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)軸向布置；所述的徑向敞開(kāi)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(duì)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(I)內(nèi)，并通過(guò)調(diào)整板和轉(zhuǎn)接板安裝在機(jī)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(guò)過(guò)盈連接與旋轉(zhuǎn)超聲刀柄(7)連接；所述的固定板(I)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(guò)固定板(I)的凹槽，與調(diào)整板螺紋固定；另一組螺釘穿過(guò)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(guò)螺紋與機(jī)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(I)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(dòng)方向；所述的調(diào)整板依靠凹槽的調(diào)整作用，實(shí)現(xiàn)調(diào)整板與固定板(I)和轉(zhuǎn)接板之間相對(duì)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(dāng)所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)位置為軸向敞開(kāi)式時(shí)，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(guò)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(kāi)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(guò)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(dāng)所述的固定端與旋轉(zhuǎn)端相對(duì)位置為徑向敞開(kāi)式時(shí)，固定端磁芯(2)為從環(huán)形內(nèi)開(kāi)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(kāi)槽磁芯；其中，固定端和旋轉(zhuǎn)端磁芯(5)通過(guò)磁感線的有效面積Ae相同，且環(huán)形外開(kāi)槽磁芯的外徑比環(huán)形內(nèi)開(kāi)槽磁芯的內(nèi)徑略小，二者軸線重合，在徑向上小間隙敞開(kāi)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(kāi)槽磁芯溝槽內(nèi)繞過(guò)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(kāi)槽的磁芯溝槽內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B23B31/02GK104439348SQ201410635050
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】董志剛, 康仁科, 王毅丹, 周平, 孫雷, 劉津延 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)