[发明专利]超声波切削装置及其使用方法

说明书

一种超声波切削装置及其使用方法，装置包括：刀柄,用于与主轴同轴连接，第一固定环和第二固定环，扣合在主轴的外侧；轴向连接板，从第二固定环的径向外端沿轴向延伸；径向连接板，从轴向连接板远离第二固定环的位置沿径向向内侧延伸；输入线圈座，安装在径向连接板的靠向刀柄的一端，输入线圈座为与刀柄同轴的扇形，在其靠向刀柄的一端安装有输入线圈；输出线圈座，为圆环形，同轴固定在刀柄的外壁上，在输出线圈座内安装有输出线圈，安装在刀柄内的导电隔片、换能器、变幅杆，导电隔片与输出线圈电连接；刀具夹头，刀具夹头安装在变幅杆上，刀具夹头夹持着刀具。本发明提高钻削加工效率和精度。可以调节输入线圈与输出线圈同轴度、轴向间隙。

技术领域

本发明涉及超声波设备技术领域，具体地说，涉及超声波切削装置及其使用方法。

背景技术

超声波辅助切削加工技术是近十年在国际上发展起来的一项技术，超声波辅助切削加工能够更为有效的切削增强复合材料(如玻璃纤维、树脂基碳纤维、凯夫拉纤维、纸基或铝基蜂窝材料)以及陶瓷、蓝宝石、玻璃等脆硬性材料。不同于传统的切削加工工艺，超声波切削技术的核心是超声切割。其基本原理是利用一个超声电源产生频率在20kHz到30kHz的超声波通过刀具内置换能器将原本振幅和频率很小的超声振动转换成同频率的机械振动，再通过变幅杆的共振放大得到足够大可以满足切削要求的振幅和能量(功率)，传导到超声波机械加工刀具上，完成对上述材料进行机械加工。

在实际应用中，现有的超声切削加工设备内置换能器需要将20kHz到30kHz高频电流转换成同频率机械振动，由于切削陶瓷玻璃等脆硬性材料需要主轴转速8000RPM以上,如何将电信号引入到高速旋转的主轴中，目前主要有两种解决办法，一种是通过滑环接触方式实现电信号与主轴连接，另一种方式是通过非接触的电场磁场感应方式将电流传输到高速旋转的主轴刀柄结构形式。滑环接触方式传输电流与非接触的电场磁场感应方式相比较结构占用空间大，接触式主轴高速运转过程中电流传输实现难度大，可靠性不高。现有电磁感应技术，安装需要破坏主轴结构，输入线圈与输出线圈安装时同轴度调整时间长，不能保证输入线圈与输出线圈同轴要求，电源传输效率低。截至目前，暂未见有较好的解决方案。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种超声波切削装置，包括：主轴接口模块，又包括:

刀柄,为锥形，其直径小端用于与主轴同轴连接，

第一固定环和第二固定环，扣合在主轴的外侧；

轴向连接板，从第二固定环的径向外端沿轴向向远离第二固定环的方向延伸；

径向连接板，从轴向连接板远离第二固定环的位置沿径向向内侧延伸；

电能传输模块，又包括：

输入线圈座，安装在径向连接板的靠向刀柄的一端，输入线圈座为与刀柄同轴的扇形，在其靠向刀柄的一端安装有输入线圈；

输出线圈座，为圆环形，同轴固定在刀柄的外壁上，在输出线圈座内安装有输出线圈；

超声发生模块，包括依次安装在刀柄内的导电隔片、换能器、变幅杆，所述导电隔片与输出线圈电连接；

刀具夹持模块，包括刀具夹头，所述刀具夹头安装在变幅杆上，刀具夹头夹持着刀具。

本发明还提供一种超声波切削装置使用方法，使用以上所述的超声波切削装置进行以下步骤：

通过拉刀机构将刀柄与机床旋转主轴同轴连接，使得第一固定环和第二固定环扣合在主轴的外侧；

调节径向调整机构使得输入线圈与输出线圈同轴，调节轴向调整机构使得输入线圈与输出线圈的轴向间隙达到设定值；

将输入电源与输入线圈电连接，进行超声波切削作业。

本发明的有益效果：