[发明专利]超声辅助加工装置及仿真分析方法

权利要求书

1.一种超声辅助加工装置，其特征在于：包括超声振动辅助加工装置主轴（1）、超声波电源、超声无线电能传输系统（8）、纵向超声振动换能器（9）、超声变幅杆（6）；机床主轴（2）的动力输出端垂直向下设置，机床主轴（2）、安装筒、套筒、变幅杆和刀具具有同一条回转中心线，机床主轴下端与安装筒（4）上端同轴连接，安装筒下部伸出主轴外壳，套筒上部套在主轴外壳下部，套筒上部外侧通过抱箍（3）与主轴外壳下部紧固连接，超声无线电能传输系统（8）可拆卸连接在套筒（5）下端和安装筒上部外侧之间，纵向超声振动换能器（9）设置在安装筒内，超声变幅杆（6）上端通过双头螺柱（7）与纵向超声振动换能器下端同轴连接，变幅杆上设有安装盘（14），法兰盘通过安装螺栓固定连接在安装筒的下端面，刀具上端通用弹性夹头安装变幅杆下端部，压紧件套在刀具的刀杆外并与变幅杆下端外部紧固连接。

2.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于：超声振动换能器自上而下依次设置有四层压电陶瓷片（11），顶部通过预紧螺栓（10）压紧四层压电陶瓷片，压电陶瓷片外侧连接有电极片，电极片与导线连接，换能器下侧部开设有上卡槽（12）；超声变幅杆包括自上而下依次设置的上圆柱段（13）、中圆锥段（15）和下圆锥段（16），上圆柱段侧部开设有下卡槽（17），安装盘设置在上圆柱段的外部，并且下圆柱段进行槽式设计，结合配重液体对装置进行振动频率的调节。

3.根据权利要求1-2任一项所述的超声辅助加工装置，其特征在于：压电换能器后盖板、压电陶瓷、前盖板分别选用了45钢、PZT-8、硬铝材料，具有良好的压电转化特性和轴向位移输出；超声变幅杆设计成圆锥过渡式复合变幅杆，并在变幅杆末端进行槽式设计。

4.根据权利要求1-3任一项所述的超声辅助加工装置，其特征在于：超声波电源具有频率扫描和自动跟踪功能，结合非接触式电能传输部件，为整个加工装置提供稳定可靠的能量驱动。

5.根据权利要求1所述的超声辅助加工装置，其特征在于：非接触式电能传输装置设计成可分离的轴向环槽式分布结构，固定部分由固定磁芯、固定线圈、原边匹配电路组成；旋转部分由旋转磁芯、旋转线圈、副边匹配电路组成，原边匹配电路接收超声发生器产生的超声频电振荡信号，固定磁芯和旋转磁芯之间的交变磁场使旋转线圈产生相应频率的交变电能，再通过副边匹配电路将电能传递给超声换能器。

6.一种超声辅助加工装置的仿真分析方法，其特征在于：基于权利要求1所述的超声辅助加工装置，首先，对超声振动辅助钻铣装置进行设计，包括超声振动辅助加工装置总体设计、超声发生器的设计、非接触式电能传输装置的设计、超声换能器的设计、超声变幅杆的设计、换能器与变幅杆的固定与连接；其次，在软件中定义压电材料，包括弹性阵列、压电耦合阵列、相对介电常数阵列；然后对换能器进行模态分析，得到换能器的共振频率和振型状态；最后对换能器进行瞬态分析，观察位移特性。