[发明专利]一种非接触旋转超声加工动态信号提取装置

说明书

本发明公开了一种非接触旋转超声加工动态信号提取装置，属于超声辅助磨削技术领域，本发明的装置中通过原边初级线圈受到超声电源高频电信号激励时，原边初级线圈产生高频的交变磁场，与副边电能传输线圈形成初次耦合，产生电能，为超声振子供电，带动工具产生高频振动；副边电能传输线圈与原边二级信号提取线圈形成二次耦合，由信号处理装置对二次耦合的原边二级信号提取线圈引线的电流、电压信号进行采集，二次耦合能够实现提取超声刀具加工过程中任意时刻的电压、电流，相位等动态信号，适于在机床上安装使用，可以实时监控刀具振幅并实现刀具振幅的稳定性控制。

技术领域

本发明涉及超声辅助磨削技术领域，具体涉及一种非接触旋转超声加工动态信号提取装置。

背景技术

超声辅助加工技术普遍应用于精密与超精密加工领域，其独特的加工工艺可有效的减小加工时的切削力，减小刀具磨损，提高加工表面质量和加工效率，被广泛应用于陶瓷、玻璃等硬脆性材料以及纤维增强复合材料等难加工材料，其在光学玻璃、SiC陶瓷、大理石等领域的加工效果已得到了充分的验证，并得到了业界的广泛认可。但是随着零件精密化要求日益提高，超声辅助加工技术也需要做出相应的改进以适应更高的加工精度要求。

刀具振幅作为超声辅助加工技术中的一项重要参数，对零件加工质量起着重要的作用，因此提取刀具加工过程中的动态信号对刀具振幅进行实时分析是十分必要的。超声辅助加工技术中的振动多是由于超声振子受到高频电信号激励产生振动，进而传递给刀具产生振动。目前常用振幅测量方法有工具显微镜直接测量法、激光多普勒测振仪测量法、加速度计法、光电测振法等。但是以上测量方法只能实现静态下刀具振幅的测量，而在加工过程中由于冷却液、机床噪声等因素的干扰，无法实现动态测量，如何将刀具加工状态的电压电流等信号提取出来，实现刀具工况监控成为本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种非接触旋转超声加工动态信号提取装置，本发明通过将两组扇形磁芯和线圈集成在原边磁芯安装座上，利用电磁感应理论，与副边电能传输线圈形成两次耦合，能够实现刀具旋转超声加工过程中的动态电信号提取，以实现在工具振幅的监测。

本发明是这样实现的：

一种非接触旋转超声加工动态信号提取装置，包括机床主轴，所述的机床主轴的外围设置有原边磁芯安装座；所述的原边磁芯安装座的端面设有两个对称的扇形槽，两个对称的扇形槽内分别安装有原边二级磁芯、原边初级磁芯；原边二级磁芯内封装有原边二级信号提取线圈，原边初级磁芯内封装有原边初级线圈。通过将两组扇形磁芯：原边二级磁芯、原边初级磁芯以及和两组线圈：原边二级信号提取线圈、原边初级线圈集成在原边磁芯安装座上，利用电磁感应理论，与副边电能传输线圈形成两次耦合，实现提取超声刀具加工过程中任意时刻的电压、电流，相位等动态信号，适于在机床上安装使用，为实时监控刀具振幅并实现刀具振幅的稳定性控制提供了一定的技术支持。

原边磁芯安装座的侧边圆柱面上开有孔，分别与两个对称的扇形槽相通，分别用于原边初级线圈的电极引线与超声电源的连接、原边二级信号提取线圈的电极引线与信号处理装置的连接；所述的原边初级线圈电极引线与超声电源相连，为超声刀柄提供高频电信号，所述的原边二级信号提取线圈电极引线与信号处理装置相连，用于采集分析超声振子电压、电流信号。

原边磁芯安装座下端装配有副边磁芯安装座，所述的副边磁芯安装座内分别安装有副边圆环磁芯、副边电能传输线圈；所述的机床主轴在副边磁芯安装座的下端与超声振子连接，所述的副边电能传输线圈的电极引线与超声振子相连。

进一步，所述的原边磁芯安装座与副边磁芯安装座之间的间隙为0.2～2mm。

进一步，所述的原边二级磁芯、原边初级磁芯为两个尺寸相同的扇形磁芯，磁芯扇形角度为45º～120º，磁芯材料为铁氧体材料，且磁芯均为1/3～1/8圆环。

进一步，所述的超声振子的外围包覆有刀柄外壳。