[发明专利]一种基于旋转式无线电能传输的超声振动气钻

说明书

本发明公开了一种基于旋转式无线电能传输的超声振动气钻，由旋转式无线输电组件、超声换能组件、变幅杆、弹簧夹头组件和连接组件组成。旋转式无线输电组件用于实现做相对转动的两个机构间的电能传输，由无线输电初级和无线输电次级组成。超声换能组件用于将超声频电信号转换为超声频机械振动；超声振动变幅杆用于将小振幅机械振动放大为大振幅机械振动，以达到超声振动钻削加工的要求。弹簧夹头组件用于装夹刀具；连接组件用于将超声振动钻削部件与气钻后端连接在一起，实现动力传送和电能传输。通过将超声振动施加于传统钻削加工过程中，形成由超声振动和传统钻削运动耦合的复合加工方式，有效地改善加工质量、提高加工效率。

技术领域

本发明涉及超声加工及气动技术领域，具体地说，涉及一种将超声振动切削和旋转式无线电能传输技术结合应用于普通气钻的新型手持制孔工具。

背景技术

气钻是一种手持式气动工具，主要用于对金属构件的钻孔加工，尤其适用于薄壁壳体和铝镁等轻合金构件的制孔工作，广泛应用于航空航天制造、汽车、船舶制造、家电制造及维修行业，是飞机制造装配中的一种不可或缺的常用工具。气钻具有转速高、工作环境适应性好、清洁安全、低成本、易于维护的特点。但气钻的稳定性差、噪声大、加工质量低，不适用于难加工材料，如钛合金、碳纤维增强复合材料及碳纤维增强复合材料/合金叠层结构等构件的加工，极大地制约了气钻在现代飞机制造装配中的应用。

超声振动钻削是在切削过程中给刀具或工件施加高频微幅的超声振动，即以钻削为主、超声振动为辅的一种新的复合工艺方法。超声振动钻削改变了传统钻削的连续切削机理，能显著降低切削力和切削温度，增强断屑作用，改善切屑排出，降低加工硬化，从而改善切削条件，提高加工质量、材料去除率和刀具寿命等。

为了将超声振动钻削技术应用于气钻，必须解决做相对转动的两个机构间的电能传输。通常采用导电滑环实现做相对转动的两个机构间的电能传输，但导电滑环因采用电接触滑动电能传输方式，具有发热严重、电能传输不稳定、成本高、易损坏的缺点。为了避免其不足，将超声振动钻削技术应用于气钻，形成一种新的超声振动气钻，采用新的旋转式无线电能传输技术，显著提高了气钻的加工性能。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于旋转式无线电能传输的超声振动气钻；通过将超声振动施加于传统钻削过程中，形成由超声振动和传统钻削运动耦合的复合加工方式。该复合加工方式能有效地改善加工质量、提高加工效率、降低加工噪声和改善操作人员作业状况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括旋转式无线输电组件、超声换能组件、变幅杆、弹簧夹头组件、连接组件,所述旋转式无线输电组件包括无线输电初级、无线输电次级，无线输电初级与无线输电次级为两个结构相同、中间有轴向孔的环槽形铁心，环槽内分别安装初级绕组和次级绕组，用来实现两个相对转动构件间的无线电能传输，无线输电次级安装在变幅杆上且与变幅杆过盈配合，并通过变幅杆上的小孔用导线与超声换能组件连接，无线输电初级通过紧定螺定紧固在前壳体上且与变幅杆间隙配合，无线输电初级通过气钻前壳体、后壳体上的小孔用导线与超声波发生器连接；

所述超声换能组件包括预紧压板、二个压电陶瓷片、二个厚电极、绝缘套,预紧压板安装在变幅杆上，二个压电陶瓷片和二个厚电极相互隔开套装在绝缘套上位于预紧压板的侧面，绝缘套套装在变幅杆上并随变幅杆一起旋转，压电陶瓷片为圆环形结构，厚电极为中间有圆孔的铜片，外径上有二个对称的矩形凸块用于焊接导线；

所述变幅杆为有轴向孔的台阶轴，变幅杆右端为螺孔与连接轴螺纹连接，变幅杆左端有一段外螺纹和锥形内孔，锥形内孔和外螺纹用于安装弹簧夹头和夹头螺母，变幅杆通过预紧压板将超声换能组件装配在一起构成超声换能器，变幅杆用于放大超声振动的振幅；

所述弹簧夹头组件包括弹簧夹头、夹头螺母，弹簧夹头位于变幅杆前端的锥形内孔中，且与变幅杆螺纹连接，弹簧夹头用于装夹刀具，夹头螺母用于将刀具和弹簧夹头紧固在变幅杆端部并旋紧；