[发明专利]一种超声纵扭振动加工装置及加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及超声加工设备技术领域，具体涉及一种超声纵扭振动加工装置及加工工艺。

背景技术

碳纤维等复合材料具有高强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，已被广泛应用于机械、电子、航空、汽车等领域。然而正是这些特性增加了碳纤维等复合材料的加工难度，传统的加工方法加工效率低、成本高，限制了碳纤维等复合材料的进一步应用。随着科学技术的发展，特种加工应运而生，并且迅速发展。

目前的超声振动加工系统多采用接触式能力传输供电，供电系统和负载之间存在机械磨损和摩擦，增加了系统的损耗，且由于电刷的存在，限制了刀具的转速，从而限制了加工质量和效率。非接触式电能传输方式有效地解决了以上难题，但是非接触式电能传输方式对原、副边绕组的磁芯间隙等参数要求较高，电能传输效率较低，限制了该种方法的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种磁芯间隙及轴线可调的超声纵扭振动加工装置及加工工艺。

本发明采用的技术方案是：一种超声纵扭振动加工装置，包括刀柄组件、换能器组件、刀具组件和非接触能量传输组件，刀柄组件包括与机床主轴相连的上轴，以及内部中空的下轴，上轴和下轴随机床主轴转动；换能器组件包括安设在下轴内部的压电陶瓷晶片，以及与下轴下端固连的变幅杆，变幅杆的下端固定有刀具组件；压电陶瓷晶片与非接触能量传输组件的电能输出端相连。

按上述方案，非接触能量传输组件包括供电盒、原边线圈、原边磁芯、副边线圈和副边磁芯，供电盒的一端与超声电源相连，供电盒的另一端与原边线圈电连接；原边线圈缠绕于原边磁芯上，副边线圈缠绕于副边磁芯上，原边线圈与副边线圈相对应，原边磁芯与副边磁芯相对应，副边线圈与刀柄组件相连；副边线圈与压电陶瓷晶片电连接；当机床主轴旋转时，原边线圈不转动，副边线圈随刀柄组件转动。

按上述方案，所述加工装置包括安装在机床主轴外壳上的调节组件，调节组件包括固定在机床主轴外壳上的支撑板，所述供电盒安装在支撑板上，支撑板的下部依次安设有若干被压缩的弹簧、调节板和固定板，弹簧的上端与支撑板的下表面相连，弹簧的下端与调节板的上表面相连，调节板外壁上安设有水平指示仪，调节板的下表面与调节螺栓的顶部相连，调节螺栓与开设在固定板上的螺纹孔配合,固定板与支撑板连接固定；所述上轴依次穿过支撑板、调节板和固定板，所述原边线圈与调节板的下表面相连。

按上述方案，支撑板的下表面设置有圆柱形的上凸起，调节板的上表面设置有圆柱形的下凸起，所述弹簧的上端套设在上凸起上，弹簧的下端套设在下凸起上。

按上述方案，调节板的下表面开设有凹槽，凹槽与调节螺栓的上端相配合。

按上述方案，所述支撑板、调节板和固定板均为环行板，所述弹簧有三组，在调节板的上表面周向均匀间隔安装。

按上述方案，非接触能量传输组件还包括原边保护套与副边保护套，原边保护套与调节板固定相连；原边线圈和原边磁芯设置在原边保护套内；副边保护套与刀柄组件固连，副边保护套随刀柄组件旋转；副边线圈和副边磁芯设置在副边保护套内，副边磁芯的中心轴线竖直且与上轴的轴线重合。

按上述方案，换能器组件还包括后盖板和预紧螺栓，后盖板和压电陶瓷晶片套设在预紧螺栓上，预紧螺栓的下部与变幅杆相连，变幅杆的上端与下轴的下端相连，变幅杆的中部外周面开有斜槽，变幅杆下端的外周面开设有用于装配刀具组件的外螺纹，变幅杆下端端面开设有安装孔。

按上述方案，刀具组件包括ER夹头、ER紧固帽和刀具，ER夹头安设在变幅杆下端的安装孔内，刀具的上端插入ER夹头内，ER紧固帽与变幅杆下端的外螺纹配合连接。

一种超声纵扭振动加工工艺，包括以下步骤：

步骤一、提供上述所述的装置，并装配在机床主轴上；

步骤二、对原边绕组和副边绕组进行电磁匹配设计，确定原边磁芯与副边磁芯的间隙等参数的最佳范围；

步骤三、旋转其中一个调节螺母，使两个绕组的磁芯间隙达到设定范围内；步骤四、根据调节板上的水平指示仪，调节另外两个调节螺母，消除轴线偏摆；

步骤五、打开超声电源：供电装置采用自动控制式超声电源，可以自动检测超声波频率和振幅，自动调整到本装置所需要的工作频率段；

步骤六、启动机床。