本發(fā)明涉及超聲加工及氣動技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種將超聲振動切削和旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于普通氣鉆的新型手持制孔工具。

背景技術(shù)：

氣鉆是一種手持式氣動工具，主要用于對金屬構(gòu)件的鉆孔加工，尤其適用于薄壁殼體和鋁鎂等輕合金構(gòu)件的制孔工作，廣泛應(yīng)用于航空航天制造、汽車、船舶制造、家電制造及維修行業(yè)，是飛機制造裝配中的一種不可或缺的常用工具。氣鉆具有轉(zhuǎn)速高、工作環(huán)境適應(yīng)性好、清潔安全、低成本、易于維護(hù)的特點。但氣鉆的穩(wěn)定性差、噪聲大、加工質(zhì)量低，不適用于難加工材料，如鈦合金、碳纖維增強復(fù)合材料及碳纖維增強復(fù)合材料/合金疊層結(jié)構(gòu)等構(gòu)件的加工，極大地制約了氣鉆在現(xiàn)代飛機制造裝配中的應(yīng)用。

超聲振動鉆削是在切削過程中給刀具或工件施加高頻微幅的超聲振動，即以鉆削為主、超聲振動為輔的一種新的復(fù)合工藝方法。超聲振動鉆削改變了傳統(tǒng)鉆削的連續(xù)切削機理，能顯著降低切削力和切削溫度，增強斷屑作用，改善切屑排出，降低加工硬化，從而改善切削條件，提高加工質(zhì)量、材料去除率和刀具壽命等。

為了將超聲振動鉆削技術(shù)應(yīng)用于氣鉆，必須解決做相對轉(zhuǎn)動的兩個機構(gòu)間的電能傳輸。通常采用導(dǎo)電滑環(huán)實現(xiàn)做相對轉(zhuǎn)動的兩個機構(gòu)間的電能傳輸，但導(dǎo)電滑環(huán)因采用電接觸滑動電能傳輸方式，具有發(fā)熱嚴(yán)重、電能傳輸不穩(wěn)定、成本高、易損壞的缺點。為了避免其不足，將超聲振動鉆削技術(shù)應(yīng)用于氣鉆，形成一種新的超聲振動氣鉆，采用新的旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸技術(shù)，顯著提高了氣鉆的加工性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@；通過將超聲振動施加于傳統(tǒng)鉆削過程中，形成由超聲振動和傳統(tǒng)鉆削運動耦合的復(fù)合加工方式。該復(fù)合加工方式能有效地改善加工質(zhì)量、提高加工效率、降低加工噪聲和改善操作人員作業(yè)狀況。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括旋轉(zhuǎn)式無線輸電組件、超聲換能組件、變幅桿、彈簧夾頭組件、連接組件,所述旋轉(zhuǎn)式無線輸電組件包括無線輸電初級、無線輸電次級，無線輸電初級與無線輸電次級為兩個結(jié)構(gòu)相同、中間有軸向孔的環(huán)槽形鐵心，環(huán)槽內(nèi)分別安裝初級繞組和次級繞組，用來實現(xiàn)兩個相對轉(zhuǎn)動構(gòu)件間的無線電能傳輸，無線輸電次級安裝在變幅桿上且與變幅桿過盈配合，并通過變幅桿上的小孔用導(dǎo)線與超聲換能組件連接，無線輸電初級通過緊定螺定緊固在前殼體上且與變幅桿間隙配合，無線輸電初級通過氣鉆前殼體、后殼體上的小孔用導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器連接；

所述超聲換能組件包括預(yù)緊壓板、二個壓電陶瓷片、二個厚電極、絕緣套,預(yù)緊壓板安裝在變幅桿上，二個壓電陶瓷片和二個厚電極相互隔開套裝在絕緣套上位于預(yù)緊壓板的側(cè)面，絕緣套套裝在變幅桿上并隨變幅桿一起旋轉(zhuǎn)，壓電陶瓷片為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，厚電極為中間有圓孔的銅片，外徑上有二個對稱的矩形凸塊用于焊接導(dǎo)線；

所述變幅桿為有軸向孔的臺階軸，變幅桿右端為螺孔與連接軸螺紋連接，變幅桿左端有一段外螺紋和錐形內(nèi)孔，錐形內(nèi)孔和外螺紋用于安裝彈簧夾頭和夾頭螺母，變幅桿通過預(yù)緊壓板將超聲換能組件裝配在一起構(gòu)成超聲換能器，變幅桿用于放大超聲振動的振幅；

所述彈簧夾頭組件包括彈簧夾頭、夾頭螺母，彈簧夾頭位于變幅桿前端的錐形內(nèi)孔中，且與變幅桿螺紋連接，彈簧夾頭用于裝夾刀具，夾頭螺母用于將刀具和彈簧夾頭緊固在變幅桿端部并旋緊；

所述連接組件包括前殼體、連接軸、軸承、滾珠軸承、墊片、端蓋，前殼體為圓筒形結(jié)構(gòu)，前殼體一端部有外螺紋與氣鉆后端殼體螺紋連接，前殼體另一端與端蓋連接，端蓋內(nèi)側(cè)與滾珠軸承之間加裝墊片,滾珠軸承位于無線輸電初級一側(cè)，軸承位于預(yù)緊壓板一側(cè)，連接軸一端與變幅桿螺紋連接，連接軸另一端與氣鉆后端動力總成連接，并通過導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器連接，組成超聲振動氣鉆。

所述連接軸與變幅桿、彈簧夾頭同軸安裝。

有益效果

本發(fā)明提出的一種基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@，通過將超聲振動施加于傳統(tǒng)鉆削過程中，形成由超聲振動和傳統(tǒng)鉆削運動耦合的復(fù)合加工方式。該復(fù)合加工方式能有效地改善加工質(zhì)量、提高加工效率、降低加工噪聲和改善操作人圓作業(yè)狀況。

本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@，是將超聲振動切削和旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于普通氣鉆的新型手持制孔工具，以普通氣鉆為基礎(chǔ)，以超聲振動鉆削裝置取代普通氣鉆的卡盤，超聲波發(fā)生器用于產(chǎn)生超聲頻電信號，驅(qū)動超聲振動鉆削裝置工作，使超聲頻電信號轉(zhuǎn)換為超聲頻機械振動；實現(xiàn)氣鉆的超聲振動鉆削。

超聲振動鉆削是以鉆削為主、超聲振動為輔的復(fù)合工藝，改變了傳統(tǒng)鉆削的連續(xù)切削機理。與現(xiàn)有技術(shù)相比其性能優(yōu)勢在于:在加工過程中,顯著降低切削力和切削溫度；增強斷屑作用，改善切屑排出，降低加工硬化，從而改善切削條件；提高加工質(zhì)量，尤其提高鉆孔尺寸精度和形位精度、降低孔壁表面粗糙度、減少或消除出口毛刺；減輕刀具磨損，延長刀具壽命；提高材料去除率；適用于鈦合金、鋁合金、鎳鉻高溫合金、碳纖維增強復(fù)合材料等難加工材料的切削加工。大幅度降低鉆削加工噪音，改善操作人員作業(yè)環(huán)境，鉆削力減小使手持氣鉆鉆孔更加舒適；產(chǎn)品成本低，使用壽命長。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@示意圖。

圖2a為本發(fā)明超聲振動氣鉆的鉆削裝置示意圖。

圖2b為本發(fā)明超聲振動氣鉆的鉆削裝置裝配示意圖。

圖3a、圖3b為本發(fā)明超聲振動氣鉆的旋轉(zhuǎn)式無線輸電組件示意圖。

圖4a、圖4b、圖4c、圖4d為本發(fā)明超聲振動氣鉆的變幅桿示意圖。

圖5a、圖5b、圖5c、圖5d為超聲振動氣鉆的前殼體示意圖。

圖6a、圖6b為超聲振動氣鉆的鉆削裝置連接軸示意圖。

圖7為超聲振動氣鉆的厚電極示意圖。

圖中:

1.連接軸 2.前殼體 3.軸承 4.預(yù)緊壓板 5.壓電陶瓷片 6.厚電極 7.無線輸電次級 8.無線輸電初級 9.滾珠軸承 10.端蓋 11.夾頭螺母 12.彈簧夾頭 13.刀具 14.變幅桿 15.墊片 16.緊定螺釘 17.絕緣套

具體實施方式

本實施例是一種基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@。

參見圖1～圖7，本實施例基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@，由旋轉(zhuǎn)式無線輸電組件、超聲換能組件、變幅桿、彈簧夾頭組件和連接組件組成。旋轉(zhuǎn)式無線輸電組件用于實現(xiàn)無線電能傳輸；超聲換能組件用于將超聲頻電信號轉(zhuǎn)換為超聲頻機械振動；變幅桿用于將小振幅機械振動放大為大振幅機械振動，以達(dá)到超聲振動鉆削加工的要求；彈簧夾頭組件用于裝夾刀具；連接組件用于與氣鉆后端連接在一起。

本實施例中,旋轉(zhuǎn)式無線輸電組件由無線輸電初級8和無線輸電次級7組成。無線輸電初級8和無線輸電次級7為環(huán)槽形結(jié)構(gòu)，端面有導(dǎo)線引入或引出。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，無線輸電初級8和無線輸電次級7為兩個形狀、大小相同的帶軸向孔的環(huán)槽形鐵心，兩個環(huán)槽形鐵心可相對轉(zhuǎn)動，環(huán)槽內(nèi)分別安裝初級繞組和次級繞組。在超聲振動氣鉆工作過程中，無線輸電初級8不轉(zhuǎn)動，無線輸電次級7隨變幅桿14一起轉(zhuǎn)動，用來實現(xiàn)兩個相對轉(zhuǎn)動構(gòu)件間的無線電能傳輸。因此，將無線輸電次級7通過過盈配合安裝在變幅桿14上，并通過變幅桿14上的小孔用導(dǎo)線與超聲換能組件連接，使其隨變幅桿14和超聲換能組件一起旋轉(zhuǎn)，同時向超聲換能組件傳輸電能。無線輸電初級8通過緊定螺釘16緊固在前殼體2上，與變幅桿14之間為間隙配合，即不隨變幅桿14旋轉(zhuǎn)。無線輸電初級8通過氣鉆前殼體、后殼體上的小孔用導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器連接。

超聲換能組件包括預(yù)緊壓板4、二個壓電陶瓷片5、二個厚電極6、絕緣套17,預(yù)緊壓板4為帶有螺紋通孔的環(huán)形結(jié)構(gòu)，用于將超聲換能組件的各個零件固定在一起；二個壓電陶瓷片5為帶有圓形通孔的環(huán)形結(jié)構(gòu)；二個厚電極6為中間有圓孔的銅片，外徑上有二個對稱的矩形凸塊，用于焊接導(dǎo)線。絕緣套17為薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，套裝在變幅桿14上用于絕緣。二個壓電陶瓷片5與二個厚電極相互隔開套裝在絕緣套17上。安裝時，首先將絕緣套17套裝在變幅桿14上，并依次裝入厚電極6、壓電陶瓷片5、厚電極6、壓電陶瓷片5，然后通過預(yù)緊壓板4將各個零件與變幅桿14緊固在一起，使其隨變幅桿14一起旋轉(zhuǎn)。

變幅桿14與超聲換能組件構(gòu)成超聲換能器；變幅桿14的作用是放大超聲換能器的振幅、提高振速比、聚能以及調(diào)整換能器與刀具之間的負(fù)載匹配，以滿足超聲振動加工的要求。變幅桿14為有軸向孔的臺階形細(xì)長圓柱體結(jié)構(gòu)，用于放大超聲振動的振幅。變幅桿14右端為螺孔與連接軸1螺紋連接，并由連接軸1驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。變幅桿14左端一段有外螺紋和錐形內(nèi)孔，錐形內(nèi)孔和外螺紋用于安裝彈簧夾頭12和夾頭螺母11。變幅桿14通過預(yù)緊壓板4將超聲換能組件裝配在一起構(gòu)成超聲換能器。在超聲振動氣鉆工作時，變幅桿不僅驅(qū)動刀具13旋轉(zhuǎn)，而且起放大刀具頂端機械振幅的作用。

彈簧夾頭組件與變幅桿左端的螺紋連接，用于裝夾刀具。彈簧夾頭組件包括彈簧夾頭12、夾頭螺母11。彈簧夾頭根據(jù)加工孔徑選?。粖A頭螺母根據(jù)設(shè)計要求選取。安裝時，先將彈簧夾頭12裝入夾頭螺母11，然后將二者整體旋入變幅桿14左端，放入刀具13后再將夾頭螺母11旋緊，彈簧夾頭安裝在超聲變幅機構(gòu)前端錐形孔中，用于安裝刀具；夾頭螺母用于將刀具和彈簧夾頭緊固于超聲變幅桿左端。

連接組件由前殼體2、連接軸1、軸承3和導(dǎo)線孔、導(dǎo)線組成。前殼體2為圓筒形結(jié)構(gòu)，右端設(shè)有外螺紋用于與氣鉆后端殼體螺紋連接。連接軸1一端與氣鉆后端動力總成連接，連接軸另一端與變幅桿14螺紋連接，從而驅(qū)動變幅桿14旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)線孔和導(dǎo)線用于將超聲振動鉆削組件與超聲波發(fā)生器連接。連接組件將超聲振動鉆削組件與氣鉆后端連接，實現(xiàn)動力傳送和電能傳輸，從而構(gòu)成超聲振動氣鉆。

本實施例超聲振動氣鉆的電路連接:

通過導(dǎo)線將220V、50Hz電源輸入超聲波發(fā)生器，低頻電信號經(jīng)過超聲波發(fā)生器轉(zhuǎn)化為超聲頻電信號，超聲頻電信號通過導(dǎo)線被傳送到無線輸電初級，然后，通過電磁感應(yīng)方式將電能傳送到無線輸電次級，再通過導(dǎo)引孔將無線輸電次級的引出導(dǎo)線與超聲換能器的厚電極的兩個矩形凸塊焊接在一起，并將超聲頻電信號傳遞到超聲換能器。

超聲波發(fā)生器的作用是把市電轉(zhuǎn)換成與超聲換能器相匹配的超聲頻交流電信號，驅(qū)動超聲換能器工作。超聲波發(fā)生器的選擇則根據(jù)加工材料和加工要求選擇其工作頻率和輸出功率，綜合考慮加工材料的特性和加工質(zhì)量諸多因素，選擇出最適用的超聲波發(fā)生器。并通過導(dǎo)線將其連接到旋轉(zhuǎn)式無線輸電組件的無線輸電初級上，給超聲換能器提供超聲頻電信號。超聲波發(fā)生器的輸入采用220V、50Hz電源。

超聲振動鉆削組件整體裝配好以后，通過前殼體螺紋和連接軸連接到氣鉆后端，然后套上氣鉆的橡膠保護(hù)套，構(gòu)成完整的基于旋轉(zhuǎn)式無線電能傳輸?shù)某曊駝託忏@。