[发明专利]附件型非接触供电式旋转超声加工装置

说明书

技术领域

本发明属于硬脆性材料精密加工技术领域，尤其涉及附件型非接触供电式旋转超声加工装置的制备。

背景技术

硬脆性材料在各个领域的广泛应用使得硬脆性材料的加工需求日益增加。硬脆性材料可加工性差、强度高、易破损的特点使得应用普通的加工方法难以取得良好的加工效果。传统的加工方法已经不能够满足硬脆性材料生产、制造的要求，与硬脆性材料加工相关的特种加工技术与装备的研究与开发代表着当前制造技术的发展方向。旋转超声加工技术作为特种加工技术的一种，它的发展使得硬脆性材料加工变得更可行、简单且高效，适用于各种硬脆性材料尤其是电加工难以加工的材料的加工。

如何使超声振动系统以附件形式结合于机床主轴，是普通机床实现旋转超声加工的关键。目前的旋转超声加工装备，多采用接触式电刷供电，存在着以下两个主要缺点：对机床主轴改动较大、高速旋转时电刷磨损严重且容易失步。采用附件型非接触供电式旋转超声加工装置可以很好的解决这些问题，并且可以让系统小型化、便携化，但目前的装置为集成于机床主轴的整体结构，不适合现有机床的改造与升级。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是利用一套附件型非接触供电式旋转超声加工装置，在不改动机床现有部件的前提下，将普通机床提升为能够进行硬脆性材料精密加工的超声辅助旋转加工机床。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，附件型非接触供电式旋转超声加工装置，包括：

带频率自动跟踪功能的直接数字频率合成超声波发生器；

具有标准主轴接口的超声刀柄；

在所述超声刀柄的基础上将超声振动系统集成在超声刀柄内部；

超声振动系统采用非接触电磁转换式供电方法；

超声刀柄通过标准主轴接口集成在普通机床主轴上。

所述超声振动系统采用非接触电磁转换式供电方法，具体实现结构为：设置有两个多股缠绕同心圆环式线圈；两个多股缠绕同心圆环式线圈均采用圆环型凹型铁氧体磁芯，两个多股缠绕同心圆环式线圈间磁芯开口同轴平行相对；将两个多股缠绕同心圆环式线圈分别固定在机床主轴下端和超声刀柄上半部分，中间有一定的间隙，固定在机床主轴下端的线圈输入超声波发生器输出信号，固定在超声刀柄上半部分的线圈输出感应信号，为刀柄内部的超声振动系统提供激励。

所述两个多股缠绕同心圆环式线圈匝数相等，铁芯形状一致，线圈间距离控制在0～5mm，绕线方式一致，均为多股缠绕式同心圆环形线圈。

所述带频率自动跟踪功能的直接数字频率合成超声波发生器是，基于直接数字频率合成DDS与功率放大技术的数字超声发生器，输出频率、功率可以通过PC机或工控机调节，具备频率自动跟踪功能，保持系统在加工过程中始终工作在谐振频率点。

所述数字超声发生器包括数字直接频率合成信号发生器、为功率放大器、为频率自动跟踪模块，数字直接频率合成信号发生器通过USB接口与工控机连接实现程控，频率自动跟踪模块中的鉴相器提供电压电流相位差信号，通过算法调节直接数字频率合成的频率控制字，实现超声波发生器的自动频率跟踪。

本发明具有如下显著的优点：

(1)非接触电磁转换式供电方法，可以令超声刀柄与周围设备间不再存在接触摩擦，防止因为摩擦而产生的热量与磨损，同时不存在因为高速转动而产生失步进而影响加工质量的问题，因此十分适用于主轴转速高的硬脆性材料加工场合。

(2)装置为机床附件形式，同时集成式设计超声刀柄，将超声振动系统即换能器与变幅杆集成到超声刀柄内部，对机床本身不改动，应用、推广方便。

附图说明

图1附件型非接触供电式旋转超声加工装置示意图，图中，1为超声发生器；2为机床主轴；3为被加工工件；4为工作台。

图2电磁转换供电原理示意图；

图3超声刀柄结构示意图；

图4带频率自动跟踪功能的直接数字频率合成超声波发生器原理示意图。

具体实施方式

本发明由一套附件型非接触供电式旋转超声加工装置组成，包括下列部分：

(1)带频率自动跟踪功能的直接数字频率合成超声波发生器；

(2)具有标准主轴接口的超声刀柄；

(3)在部分(2)的基础上将超声振动系统集成在刀柄内部；

(4)采用非接触电磁转换式供电方法；

(5)将整套装置集成在普通机床上，即为一套完整的附件型非接触供电式旋转超声加工装置。

上述的附件型非接触供电式旋转超声加工装置，包括超声波发生器、超声振动系统在内的所有功能部件设计为机床附件的形式。