[发明专利]一种高速的旋转超声刀柄结构及其系统

说明书

本发明公开了一种高速的旋转超声刀柄结构及其系统，该刀柄结构包括刀柄组件、相互耦合的定磁芯组件和动磁芯组件，刀柄组件安装在机床主轴上，刀柄组件内设置有用于产生超声频振动的压电陶瓷，动磁芯组件连接在刀柄组件上，且与压电陶瓷之间实现超声频振动信号传递，所述定磁芯组件通过磁芯固件组件连接在机床主轴上，所述磁芯固件组件上还设置有用于调节定磁芯组件轴向或者径向位置的磁芯调节组件。本发明的刀柄结构及机床在高速旋转条件下无线传能，并能实时的传递刀具加工时的各种信号，实现在普通加工机床上完成超声加工的任务。

技术领域

本发明涉及一种机床加工设备，特别是涉及一种可传递信号、无线传能、磁芯位置可调的高速的旋转超声刀柄结构及其系统。

背景技术

旋转超声加工是集传统超声加工与磨粒磨削加工为一体的复合加工方法，已被证实是加工陶瓷、宝石、大理石等硬脆性材料以及碳纤维复合材料的一种有效方法，可有效降低切削力，提高刀具寿命，改善加工表面质量，因此被广泛应用于航空航天、光学和医疗等领域。

旋转超声加工通过换能器将超声发生器产生的高频电信号转换为机械振动，并通过变幅杆将振幅放大后传递给刀具。传统的旋转超声加工装置通过电刷和集电环的摩擦接触方式传输高频电信号给换能器，这种方式在主轴高速转动时容易产生信号丢失，导致刀具振动不稳定，甚至产生电火花而损坏设备。通过磁感应线圈进行无线传能是超声刀柄的发展方向，但以往的超声刀柄磁芯位置固定，通常是固定在机床主轴上，两磁芯之间的间隙和轴心偏摆不可调节，难以保证传递效率，不能满足超声刀柄通用性的要求，而且以往刀具在加工时的实际状态很少考虑，使得刀具的寿命不能得到进一步的提高。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种高速的旋转超声刀柄结构及其系统，在高速旋转条件下无线传能，并能实时的传递刀具加工时的各种信号，实现在普通加工机床上完成超声加工的任务。

为了实现上述目的，本发明所设计的高速的旋转超声刀柄结构，其特殊之处在于：包括刀柄组件、相互耦合的定磁芯组件和动磁芯组件，刀柄组件安装在机床主轴上，刀柄组件内设置有用于产生超声振动的压电陶瓷，动磁芯组件连接在刀柄组件上，且与压电陶瓷之间实现超声振动信号传递，所述定磁芯组件通过磁芯固件组件连接在机床主轴上，所述磁芯固件组件上还设置有用于调节定磁芯组件轴向或者径向位置的磁芯调节组件。

进一步地，所述磁芯调节组件包括与磁芯固定组件连接的固定座，所述固定座轴向设置有用于调节定磁芯组件高度的高度调节螺钉和用于锁紧定磁芯组件的锁紧螺钉，所述固定座径向设置有用于调节定磁芯组件轴向位置的轴心调节螺钉。

更进一步地，所述磁芯固定组件有两个半圆形抱座合围而成，所述抱座之间由螺钉固定，所述固定座连接在其中一半圆形抱座上。

再进一步地，所述定磁芯组件包括定磁芯固定套、定磁芯和缠绕在定磁芯中的第一感应线圈，所述定磁芯设置在定磁芯固定套上，所述定磁芯固定套通过锁紧螺钉连接在固定座上。

进一步地，所述刀柄组件包括刀具和BT刀柄外壳，所述刀具安装在变幅杆上，所述变幅杆连接在BT刀柄外壳一端，所述BT刀柄外壳另一端与机床主轴连接，所述BT刀柄外壳一端内表面为锥面安装部，其内设置有连接在变幅杆上的超声换能器，所述超声换能器包括依次设置的后盖板、电极片和压电陶瓷，所述压电陶瓷与变幅杆接触，且超声换能器整体通过预紧螺钉与变幅杆连接。

更进一步地，所述动磁芯组件包括动磁芯固定套、动磁芯和缠绕在动磁芯中的第二感应线圈，所述动磁芯设置在动磁芯固定套内，所述动磁芯固定套连接在BT刀柄外壳上，且第二感应磁芯线圈通过导线与超声换能器的电极片连接。

进一步地，所述定磁芯组件和动磁芯组件的线圈匝数为1:1.

进一步地，所述半圆形抱座与固定座通过连接块连接，所述连接块上下两端设置有用于连接的装配凸位，所述半圆形抱座和固定座对应装配凸位设置有用于安装的定位槽。