技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種超聲振動加工機械領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于超聲加工中心自動換刀的環(huán)繞式無線電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
：

超聲振動加工是在普通切削、磨削、鉆削等加工方法的基礎(chǔ)上對的刀具或工件施以高頻振動而形成的加工技術(shù)。與普通切削、磨削、鉆削加工方法相比，超聲振動加工可降低加工過程中的切削力和切削熱，減少刀具磨損量，提高加工表面質(zhì)量，被廣泛應用于硬脆性材料、振動材料等難加工材料。現(xiàn)代加工技術(shù)中既需要高精度和高表面質(zhì)量的加工技術(shù)，也需要大批量生產(chǎn)高精度和高表面質(zhì)量的工件，同時還需要加工中心上可以在一個工件上完成不同工藝的加工。特別是要保證零件加工精度和表面質(zhì)量的前提下實現(xiàn)在一個工件上完成不同工藝的加工，需要一種能夠滿足在加工中心上實現(xiàn)自動換刀功能的超聲振動加工設(shè)備。

超聲振動加工設(shè)備中的無線電能傳輸系統(tǒng)的無線電能發(fā)射部分固定在加工中心的主軸外殼底部，無線電能接收部分則固定在刀柄上且隨著刀柄高速旋轉(zhuǎn)，如何將靜止設(shè)備輸出的高頻超聲電能信號有效地傳到高速旋轉(zhuǎn)的無線電能接收部分且要能夠?qū)崿F(xiàn)加工中心的自動換刀功能是實現(xiàn)超聲振動加工的一個前提和難點。碳刷式電能傳輸系統(tǒng)的超聲振動加工易出現(xiàn)碳刷磨損快、發(fā)熱量大、積碳大火等現(xiàn)象，且無法實現(xiàn)自動換到，不利于產(chǎn)品系列化及標準化應用。傳統(tǒng)超聲振動加工中的無線電能傳輸系統(tǒng)的無線電能發(fā)射部分為圓盤形，雖然這種形式的電能傳輸效率較高，但是也無法顯示自動換刀，因此也不利于產(chǎn)品系列化及標準化應用。如何在不改變機床本身結(jié)構(gòu)的前提下，實現(xiàn)超聲振動加工的自動換刀功能，成為亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、操作方便并且能夠在不改變機床本身結(jié)構(gòu)的前提下實現(xiàn)超聲加工心自動換刀的適用于超聲加工中心自動換刀的環(huán)繞式無線電能傳輸系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種適用于超聲加工中心自動換刀的環(huán)繞式無線電能傳輸系統(tǒng)，包括刀柄，所述刀柄的腔體內(nèi)設(shè)置有壓電陶瓷，所述刀柄的下端與變幅桿連接，所述刀柄的圓柱外壁上設(shè)置有圓盤形電能接收部，所述圓盤形電能接收部內(nèi)設(shè)置有圓盤形鐵氧體和圓盤形電能接受線圈，所述圓盤形電能接受線圈通過導線與所述壓電陶瓷相連接，所述圓盤形電能接收部與所述刀柄同軸線設(shè)置，在超聲加工中心的主軸外殼底部設(shè)置有非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架，所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架上設(shè)置有非整圓的圓盤形鐵氧體和非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈，所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈和圓盤形電能接受線圈同軸線設(shè)置并環(huán)向相對，所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈環(huán)繞所述圓盤形電能接受線圈，并且二者之間設(shè)置有安裝間隙；所述壓電陶瓷通過壓電陶瓷壓板和螺栓固定在所述變幅桿上，形成一體式結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地：所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架為3/4-1/4整圓形結(jié)構(gòu)，所述非整圓的圓盤形鐵氧體和非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈均為3/4-1/4整圓形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地：所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架為1/4整圓形結(jié)構(gòu)，所述非整圓的圓盤形鐵氧體和非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈均為1/4整圓形結(jié)構(gòu)。

所述變幅桿為圓柱體，其下端內(nèi)部開有錐孔，其上端設(shè)置有法蘭盤，所述法蘭盤與所述刀柄下端內(nèi)環(huán)槽的內(nèi)側(cè)面過盈配合，并且所述法蘭盤與所述刀柄之間設(shè)置有連接螺栓。

所述錐孔開口向下且上小下大，所述變幅桿下端部外緣設(shè)有外螺紋，彈簧夾頭安裝在鎖緊螺母內(nèi)，鎖緊螺母螺紋連接在變幅桿下端，彈簧夾頭向上深入到內(nèi)錐形孔內(nèi)。

所述刀柄包括上側(cè)的加持部和自動換刀卡槽，所述刀柄中部設(shè)有圓盤形電能接收部定位螺紋孔和引線孔。

所述圓盤形無線電能接受部的下端與所述刀柄的臺階上端接觸，形成軸向固定；所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架為通過一個窄固定支架與鐵氧體固定槽體相連的開口圓環(huán)，所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架通過開口圓環(huán)上的鎖緊箍固定。

所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架的內(nèi)環(huán)面上設(shè)置有環(huán)形凹槽，所述非整圓的圓盤形鐵氧體設(shè)置在所述環(huán)形凹槽中，所述非整圓的圓盤形鐵氧體上設(shè)置有環(huán)形槽，所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈設(shè)置在所述環(huán)形槽中，所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈和所述圓盤形電能接受線圈的環(huán)形面相對應設(shè)置；所述非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈為一個或兩個。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明在不改變加工中心機床的原有結(jié)構(gòu)的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)超聲振動加工的自動換刀，對提高超聲振動加工效率具有十分重要的意義。

2、本發(fā)明四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈與圓盤形電能接收線圈的工作配合為四分之一圓環(huán)形的環(huán)向相對非接觸式供電方法，基于電磁轉(zhuǎn)換原理的四分之一環(huán)形非接觸式供電方法比傳統(tǒng)的接觸式電能傳輸方式有許多有點，首先四分之一環(huán)形非接觸式供電方法避免了利用裸露的導體相互接觸來傳遞電能，傳輸能力不易受到外部環(huán)境影響，同時也提高了安全性，其次相對于普通的圓盤式非接觸供電，四分之一環(huán)形非接觸式供電方法可以實現(xiàn)超聲加工中心的自動換刀功能，具有更高的加工效率。

3、本發(fā)明的輸電方法為電磁感應式四分之一環(huán)形非接觸供電方法，便隨著電能的無線傳輸必然會導致電能傳輸效率的下降，為了保證系統(tǒng)在工作時有足夠的輸出電壓，本發(fā)明的壓電陶瓷與變幅桿為一體化設(shè)計；一體化設(shè)計不僅可以有效縮短變幅桿的長度，減輕刀柄系統(tǒng)的重量，還可以提高無線電能傳輸?shù)捻憫芰Α?/p>

4、本發(fā)明變幅桿通過法蘭盤與刀柄的下端內(nèi)側(cè)面過盈配合，提供高了變幅桿在刀柄內(nèi)的徑向定位精度，并且保證了刀柄、變幅桿以及壓電陶瓷的精確同軸度，增加了主軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性；另外，變幅桿的下部為內(nèi)部開有錐孔的圓柱，可以增加變幅桿的振幅。

5、本發(fā)明在不改變現(xiàn)有加工中心機床的前提下，方便地使超聲加工中心機床能夠滿足自動換刀的功能，提高了超聲振動加工的效率，易于推廣實施，具有良好的經(jīng)濟效益。

附圖說明：

圖1為適用于超聲加工中心自動換刀的環(huán)繞式無線電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中適用于超聲加工中心自動換刀的環(huán)繞式無線電能傳輸系統(tǒng)的俯視圖；

圖3為圖1中四分之一形發(fā)射線圈支架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3中四分之一形發(fā)射線圈支架的俯視圖。

具體實施方式：

實施例：參見圖1，圖中，1-壓電陶瓷壓板，2-圓盤形電能接收線圈，3-壓電陶瓷，4-四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈支架，5-鎖緊螺母，6-刀柄，7-螺栓，8-變幅桿，11-圓盤形鐵氧體，12-四分之一圓盤形鐵氧體，13-四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈，15-彈簧夾頭，21-圓盤形電能接收部，40-鐵氧體固定槽體，41-開口圓環(huán)，42-窄固定支架，60-加持部，61-自動換刀卡槽，62-螺紋孔，63-引線孔，64-腔體，81-內(nèi)錐形孔，82-法蘭盤。

適用于超聲加工中心自動換刀的環(huán)繞式無線電能傳輸系統(tǒng)，包括刀柄6、壓電陶瓷壓板1、壓電陶瓷3、變幅桿8、彈簧夾頭15、四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈13、四分之一圓盤形鐵氧體12、圓盤形電能接收線圈2、圓盤形鐵氧體11和四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈支架4；設(shè)定刀柄6的中心線沿垂直方向設(shè)定，刀柄6包括上側(cè)的加持部60和自動換刀卡槽61，中部設(shè)有圓盤形電能接收部定位的螺紋孔62和引線孔63，圓盤形電能接收部21與刀柄6同軸線設(shè)置。

壓電陶瓷壓板1、壓電陶瓷3和變幅桿8通過螺栓7連接為一體，并置于刀柄6的腔體64內(nèi)，變幅桿8與刀柄6的底部連接；彈簧夾頭15安裝在變幅桿8的底部；圓盤形電能接收線圈2和圓盤形鐵氧體11固定在刀柄6的中部；四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈13與四分之一圓盤形鐵氧體12一并置于四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈支架4內(nèi)，四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈支架4同軸線設(shè)置在超聲加工中心的主軸外殼底部并與圓盤形電能發(fā)射線圈支架環(huán)向相對；四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈13與圓盤形電能接收線圈2之間形成四分之一圓形安裝間隙，二者成小半圈包圍式結(jié)構(gòu)。壓電陶瓷3與變幅桿8通過螺栓7連接為一體，變幅桿8為普通圓柱形變桿，可以有效提高無線電能的感應能力。

壓電陶瓷壓板1、壓電陶瓷3和變幅桿8通過螺栓連接為一體，并置于刀柄6的腔體64內(nèi)。

彈簧夾頭15通過鎖緊螺母5安裝在變幅桿8的下端；變幅桿8下端部開設(shè)有開口向下且上小下大的內(nèi)錐型孔81，變幅桿8下端部外緣設(shè)有外螺紋，彈簧夾頭15安裝在鎖緊螺母5內(nèi)，鎖緊螺母5螺紋連接在變幅桿8下端，彈簧夾頭15向上深入到內(nèi)錐形孔81內(nèi)。鎖緊螺母5為用于裝配彈簧夾頭15的專用螺母，為現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)。

四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈支架4包括四分之一圓形鐵氧體12、鐵氧體固定槽體40和固定支架42，固定支架42同軸線設(shè)置在超聲加工中心的主軸外殼底部并與圓盤形電能發(fā)射線圈支架環(huán)向相對，且四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈13置于換刀卡槽61的同心外圓環(huán)，與圓盤形電能接收線圈2形成四分之圓形間隙；四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈支架4為通過一個窄固定支架42與鐵氧體固定槽體40相連的開口圓環(huán)41，四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈支架4通過開口圓環(huán)41上的鎖緊箍固定。

變幅桿8與刀柄6的底部端面法蘭82連接。變幅桿8上端有法蘭盤82，變幅桿通過法蘭盤82與刀柄6的下端內(nèi)側(cè)面過盈配合。

本發(fā)明采用四分之一圓盤形電能發(fā)射線圈與圓盤形電能接收線圈的工作配合為四分之一圓環(huán)形的環(huán)向相對非接觸式供電方法，比傳統(tǒng)的接觸式電能傳輸方式有許多有點，首先四分之一環(huán)形非接觸式供電方法避免了利用裸露的導體相互接觸來傳遞電能，傳輸能力不易受到外部環(huán)境影響，同時也提高了安全性，其次相對于普通的圓盤式非接觸供電，四分之一環(huán)形非接觸式供電方法可以實現(xiàn)超聲加工中心的自動換刀功能，具有更高的加工效率。

本發(fā)明采用非整圓結(jié)構(gòu)，具體取值根據(jù)需求確定，可以是3/4、1/2、1/4等，取值越大電傳效率越高，但是，取值太大，影響自動換刀，太低也達不到電傳輸?shù)囊?，本發(fā)明采用1/4整圓形結(jié)構(gòu)且能達到電傳輸?shù)囊螅蔷哂须y度和創(chuàng)新性的。

非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈支架4的內(nèi)環(huán)面上設(shè)置有環(huán)形凹槽，非整圓的圓盤形鐵氧體設(shè)置12在環(huán)形凹槽中，非整圓的圓盤形鐵氧體12上設(shè)置有環(huán)形槽，非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈13設(shè)置在環(huán)形槽中，非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈13和圓盤形電能接受線圈11的環(huán)形面相對應設(shè)置；非整圓的圓盤形電能發(fā)射線圈13為一個或兩個，為兩個時，間隔環(huán)形設(shè)置，當然，根據(jù)需要還可以設(shè)置3個以上。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。