[发明专利]一种测量在超声波辅助振动条件下钻头轴向力的钻削装置

权利要求书

1.一种测量在超声波辅助振动条件下钻头轴向力的钻削装置，包括机床主轴（23）、机床主轴外壳（34）、安装套筒（2）和变幅杆（5），其特征是：还包括位于安装套筒（2）内的纵向超声波换能器（1）和位于安装套筒（2）外的非接触式电能传输系统（6）、连接套筒（3）、固定套筒（24）、超声波电源（7）和信号处理设备（8）；

纵向超声波换能器（1）的下方依次用法兰结构连接中间圆柱结构（4）和变幅杆（5）；纵向超声波换能器（1）上端不与其他机构接触；

中间圆柱结构（4）主体呈圆柱体结构，圆柱体的上端面设开口向上的凹槽A，圆柱体的下端面设开口向下的凹槽B，凹槽A和凹槽B的形状和尺寸相同，且位于两凹槽上相同位置的点的连线与圆柱体的中心轴平行；凹槽A和凹槽B中均放置一与对应凹槽形状和尺寸相同的压电组件；压电组件由顺序叠放的尼龙垫片（22）、压电材料（21）和尼龙垫片（22）组成，尼龙垫片（22）和压电材料（21）均为片状结构；在圆柱体的圆周面上设法兰安装板c，法兰安装板c的上表面不高于凹槽A的底，法兰安装板c的下表面不低于凹槽B的底；法兰安装板c与安装套筒（2）的底部用螺栓紧固构成法兰结构II（13）；

非接触式电能传输系统（6）包括三个原边结构和三个副边结构；1个原边结构和1个副边结构记为一组，位于同一组的原边结构和副边结构处于同一水平面并在二者之间有空气间隙（32）；其中，一组原边结构和副边结构分别用导线连接超声波电源（7）和纵向超声波换能器（1），另外二组原边结构和副边结构分别用导线连接信号处理设备（8）与两压电组件；

连接套筒（3）套在安装套筒（2）的外侧并用螺栓紧固在安装套筒（2）上；

固定套筒（24）套在连接套筒（3）外侧并用螺栓紧固在机床主轴外壳（34）上；

非接触式电能传输系统（6）安装在连接套筒（3）和固定套筒（24）上；

变幅杆（5）是从上至下依次由圆形的法兰安装板a、过渡圆柱（15）、变幅圆锥（16）和工具头（17）构成的一体成型件，且四者的中心轴位于同一直线上；

在中间圆柱结构（4）的圆周面位于上端面和位于下端面处分别设2个法兰安装板，记为法兰安装板b和法兰安装板d；法兰安装板a与法兰安装板b贴合并用螺栓紧固构成法兰结构I（14）；

纵向超声波换能器（1）包括承力螺栓（9）、前盖板（18）、若干层压电陶瓷（10）、若干个电极片（11）、后盖板（20）和绝缘套筒（19）；承力螺栓（9）自上而下依次压紧前盖板（18）、压电陶瓷（10）和后盖板（20）；承力螺栓（9）与压电陶瓷（10）通过绝缘套筒（19）隔开；压电陶瓷（10）与电极片（11）交替放置；后盖板（20）的下端设法兰安装板e；法兰安装板d与法兰安装板e贴合并用螺栓紧固构成法兰结构III（12）；

压电材料（21）沿厚度方向的投影面为正方形，且面积不超过纵向超声波换能器（1）中压电陶瓷（10）沿厚度方向的投影面面积，压电材料（21）的厚度不超过一层压电陶瓷的厚度；

非接触式电能传输系统（6）安装在连接套筒（3）和固定套筒（24）上是指：

连接套筒（3）开设有三个导线孔o1与三道外环形槽，导线孔o1与外环形槽一一对应且连通；外环形槽是在连接套筒（3）的外表面形成，导线孔o1是贯穿连接套筒（3）的侧壁形成，外环形槽内放置副边结构；

固定套筒（24）包括开设有三个导线孔o2与三道内环形槽，导线孔o2与内环形槽一一对应且连通，内环形槽是在固定套筒（24）的内表面形成，导线孔o2是贯穿固定套筒（24）的侧壁形成，内环形槽内放置原边结构；

副边结构用导线连接纵向超声波换能器（1）是指：压电陶瓷（10）通过电极片（11）和导线x（25）与副边结构相连，导线x（25）穿过放置该副边结构的外环形槽所对应的导线孔o1；

副边结构用导线连接两压电组件是指：

在凹槽A和凹槽B所在的圆柱体的端面上分别设放置导线的槽；

凹槽A内的压电组件通过导线y（26）连接副边结构，导线y（26）穿过凹槽A上的槽和放置该副边结构的外环形槽所对应的导线孔o1；

凹槽B内的压电组件通过导线z（27）连接副边结构，导线z（27）穿过凹槽B上的槽和放置该副边结构的外环形槽所对应的导线孔o1。

2.根据权利要求1所述的一种测量在超声波辅助振动条件下钻头轴向力的钻削装置，其特征在于，中间圆柱结构（4）与变幅杆（5）连接的法兰结构处接有导管（33），导管（33）穿过安装套筒（2）与连接套筒（3）相连，导线z（27）穿过凹槽B上的槽、导管（33）和放置该副边结构的外环形槽所对应的导线孔o1相连。