环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构 |
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| 申请号 | CN201410718266.X | 申请日 | 2014-12-02 | 公开(公告)号 | CN104441259A | 公开(公告)日 | 2015-03-25 |
| 申请人 | 华侨大学; | 发明人 | 胡中伟; 黄身桂; 郭建民; 徐西鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了环形磁 铁 磁 力 支承旋转超声刀柄结构，包括机床、转动装接在机床的刀柄壳体和装接在刀柄壳体内的 超 声波 系统， 超声波 系统包括变幅杆，变幅杆之前端与刀柄壳体相固定连接，还包括装接在刀柄壳体的第一环形 磁铁 和装接在变幅杆之后端的第二环形磁铁，第二环形磁铁位于第一环形磁铁内，且第一环形磁铁之内面之极性与第二环形磁铁之外周面之极性相同，通过第一环形磁铁与第二环形磁铁同性相斥的作用以使变幅杆之后端与刀柄壳体之间在径向上能无 接触 的相对固定。该刀柄结构提高了超声波系统的 稳定性 和径向 刚度 ，进而提高加工 精度 ；且不会影响其轴向超声振动波的传递，也不会引起超声 能量 的损失和系统发热。 | ||||||
| 权利要求 | 1.环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构，它包括机床、转动装接在机床的刀柄壳体(10)和装接在刀柄壳体(10)内的超声波系统，超声波系统包括变幅杆(21)，变幅杆(21)之前端与刀柄壳体(10)相固定连接，其特征在于：它还包括装接在刀柄壳体(10)的第一环形磁铁(31)和装接在变幅杆(21)之后端的第二环形磁铁(32)，第二环形磁铁(32)位于第一环形磁铁(31)内，且第一环形磁铁(31)之内面之极性与第二环形磁铁(32)之外周面之极性相同，通过第一环形磁铁(31)与第二环形磁铁(32)同性相斥的作用以使变幅杆(21)之后端与刀柄壳体(10)之间在径向上能无接触的相对固定。 |
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| 说明书全文 | 环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构技术领域背景技术[0002] 工程陶瓷、光学玻璃、人工晶体等硬脆性材料因具有硬度高、化学稳定性好、不易氧化、耐磨损、耐腐蚀等优点而被广泛应用。然而，这些硬脆性材料具有极高的硬度和脆性，其加工十分困难。超声波加工是近几十年逐步发展和应用的一种新型加工方法，大量的理论与实验研究表明，在硬脆性难加工材料的精密加工中超声波加工具有普通加工方法无法比拟的工艺效果。为了更好的发挥超声波加工的优势，通常将超声波加工与其它传统加工结合应用，如超声振动辅助磨削、超声振动辅助切削、超声振动辅助铣削和超声振动辅助钻削等，在这些传统的加工中加入超声振动辅助能大大提高其加工精度和加工效率。 [0003] 旋转超声加工是一种将超声加工和传统机械加工相结合的复合加工方法。加工时工具一边作超声频小振幅的纵向振动，同时又绕其轴线作高速旋转。这样即克服了超声加工效率较低的特点，又提高了传统机械加工的精度。为了扩大旋转超声加工的应用，现已将超声振动系统与刀柄相结合设计出超声刀柄。该刀柄可直接与机床主轴相连接实现高速旋转运动，超声振动则由超声发生器通过变幅杆带动加工工具做纵向超声振动。整个超声振动系统则通过变幅杆上零振幅位置与刀柄外壳固定，在刀柄外壳带动下做高速旋转运动。目前所设计的超声刀柄中超声振动系统连同加工工具仅仅通过变幅杆上零位移节点对其进行固定，且固定处轴向宽度较小，因此，造成该刀柄的径向刚度小、加工工具与机床主轴的同轴度低，且当刀柄做高速旋转运动时，振动系统后端和工具端都会由于偏心而产生一定的晃动，严重影响加工精度。为了提高旋转轴的径向刚度和稳定性，通常需在轴的两个位置进行固定和限制，然而，超声振动由于沿轴向会存在超声波的振动，当对超声振动轴进行径向夹持时，会阻碍其轴向的振动，使得超声波能量损失，同时引起振动系统发热。因此，目前都只是在变幅杆上振幅为零的位置点对超声系统进行固定，稳定性差，径向刚度低，使得加工精度降低。 发明内容[0004] 本发明提供了环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构，它包括机床、转动装接在机床的刀柄壳体(10)和装接在刀柄壳体(10)内的超声波系统，超声波系统包括变幅杆(21)，变幅杆(21)之前端与刀柄壳体(10)相固定连接，其特征在于：它还包括装接在刀柄壳体(10)的第一环形磁铁(31)和装接在变幅杆(21)之后端的第二环形磁铁(32)，第二环形磁铁(32)位于第一环形磁铁(31)内，且第一环形磁铁(31)之内面之极性与第二环形磁铁(32)之外周面之极性相同，通过第一环形磁铁(31)与第二环形磁铁(32)同性相斥的作用以使变幅杆(21)之后端与刀柄壳体(10)之间在径向上能无接触的相对固定。 [0005] 一较佳实施例之中：所述刀柄壳体(10)之内壁后端设有环形的凹槽(17)，所述第一环形磁铁(31)固定设置在凹槽(17)内。 [0006] 一较佳实施例之中：所述超声波系统还包括套接在变幅杆(21)外的压电陶瓷(41)，变幅杆(21)之后端外周设有第一台阶面(22)和第二台阶面(23)，压电陶瓷(41)下端面与第一台阶面(22)相靠接，第二环形磁铁(32)套接在变幅杆(21)外且其底端面与压电陶瓷(41)上端面相靠接，另设有固定套(24)和锁固件(25)，固定套(24)套接在变幅杆(21)外且其底端面与第二台阶面(23)和第二环形磁铁(32)之顶端面相靠接，锁固件(25)将固定套(24)、第二环形磁铁(32)和变幅杆(21)锁接在一起。 [0007] 一较佳实施例之中：所述锁固件(25)为螺栓，变幅杆(21)之后端开设有纵向延伸的螺孔(26)，螺栓之螺帽顶抵在固定套(24)之顶端面，螺栓之螺杆伸入螺孔(26)内且与螺孔(26)相螺接配合。 [0008] 一较佳实施例之中：所述刀柄壳体(10)之前端内壁设有第三台阶面(13)，所述变幅杆(21)之前端外周设有凸环(27)，凸环(27)之顶端面与第三台阶面(13)相靠接，另设有固定盖(28)，该固定盖(28)抵靠在凸环(27)之底端面且与刀柄壳体(10)之内壁相紧配合。 [0009] 一较佳实施例之中：所述超声波系统还包括压电陶瓷(41)、第一感应线圈、第二感应线圈(42)和导线(44)，压电陶瓷(41)装接在变幅杆(21)上，第一感应线圈装接在机床上，第二感应线圈(42)装接在刀柄壳体(10)上并与第一感应线圈相对应，导线(44)连接压电陶瓷(41)和第二感应线圈(42)，第一感应线圈将超声波能量传递至第二感应线圈(42)，第二感应线圈(42)通过导线(44)将超声波能量传递至压电陶瓷(41)以使压电陶瓷(41)产生超声振动进而使变幅杆(21)产生超声振动。 [0010] 一较佳实施例之中：所述第二感应线圈(42)套接在刀柄壳体(10)之后端部外周，刀柄壳体(10)后端开设贯穿刀柄壳体(10)内外的导线孔(14)，导线(44)穿过导线孔(14)。 [0011] 一较佳实施例之中：所述刀柄壳体(10)包括前壳体(15)和后壳体(16)，前壳体(15)和后壳体(16)之间通过螺栓(18)进行固定。 [0012] 本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点： [0013] 通过第一环形磁铁与第二环形磁铁同性相斥的作用以使变幅杆之后端与刀柄壳体之间在径向上能无接触的相对固定，提高了超声波系统的稳定性和径向刚度，进而提高加工精度；且，刀柄外壳与变幅杆之后端无接触，不会影响其轴向超声振动波的传递，也不会引起超声能量的损失和系统发热。附图说明 [0014] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0015] 图1绘示了一较佳实施例的环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构的整体示意图。 [0016] 图2绘示了图1的A-A剖视示意图。 [0017] 图3绘示了一较佳实施例的刀柄壳体的剖视图。 [0018] 图4绘示了一较佳实施例的变幅杆的剖视图。 具体实施方式[0019] 请查阅图1至图4，环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构的一较佳实施例，所述的环形磁铁磁力支承旋转超声刀柄结构，它包括机床(图中未示出)、刀柄壳体10和超声波系统、第一环形磁铁31和第二环形磁铁32。 [0020] 所述刀柄壳体10转动装接在机床。本实施例中，所述刀柄壳体10之内壁后端设有环形的凹槽17。 [0021] 本实施例中，所述刀柄壳体10包括前壳体15和后壳体16，前壳体15和后壳体16之间通过螺栓18进行固定。所述凹槽17设置在前壳体15和后壳体16的连接处。 [0022] 本实施例中，所述刀柄壳体10之前端内壁设有第三台阶面13，刀柄壳体10后端开设贯穿刀柄壳体10内外的导线孔14。 [0023] 所述超声波系统装接在刀柄壳体10内，所述超声波系统包括变幅杆21，变幅杆21之前端与刀柄壳体10相固定连接。 [0024] 本实施例中，所述变幅杆21之后端外周设有第一台阶面22和第二台阶面23，且变幅杆21之后端开设有纵向延伸的螺孔26。 [0025] 本实施例中，所述变幅杆21之前端外周设有凸环27，凸环27之顶端面与第三台阶面13相靠接，另设有固定盖28，该固定盖28抵靠在凸环27之底端面且与刀柄壳体10之内壁相紧配合。 [0026] 本实施例中，所述超声波系统还包括压电陶瓷41、第一感应线圈(图中未示出)、第二感应线圈42和导线44，压电陶瓷41装接在变幅杆21上，第一感应线圈装接在机床上，第二感应线圈42装接在刀柄壳体10上并与第一感应线圈相对应，导线44连接压电陶瓷41和第二感应线圈42，第一感应线圈将超声波能量传递至第二感应线圈42，第二感应线圈42通过导线44将超声波能量传递至压电陶瓷41以使压电陶瓷41产生超声振动进而使变幅杆21产生超声振动。 [0027] 本实施例中，所述压电陶瓷41套接在变幅杆21外且下端面与第一台阶面22相靠接，所述第二感应线圈42套接在刀柄壳体10之后端部外周，导线44穿过导线孔14。 [0028] 所述第一环形磁铁31装接在刀柄壳体10。本实施例中，所述第一环形磁铁31固定设置在凹槽17内。 [0029] 所述第二环形磁铁32装接在变幅杆21之后端，第二环形磁铁32位于第一环形磁铁31内，且第一环形磁铁31之内面之极性与第二环形磁铁32之外周面之极性相同，通过第一环形磁铁31与第二环形磁铁32同性相斥的作用以使变幅杆21之后端与刀柄壳体10之间在径向上能无接触的相对固定。 [0030] 本实施例中，第二环形磁铁32套接在变幅杆21外且其底端面与压电陶瓷41上端面相靠接，另设有固定套24和锁固件25，固定套24套接在变幅杆21外且其底端面与第二台阶面23和第二环形磁铁32之顶端面相靠接，锁固件25将固定套24、第二环形磁铁32和变幅杆21锁接在一起。 [0031] 本实施例中，所述锁固件25为螺栓，螺栓之螺帽顶抵在固定套24之顶端面，螺栓之螺杆伸入螺孔26内且与螺孔26相螺接配合。 [0032] 使用时，刀柄壳体10之后端与马达相连接并在马达的驱动下进行周向旋转，变幅杆21之前端部固定有加工工具。通过第一环形磁铁与第二环形磁铁同性相斥的作用以使变幅杆之后端与刀柄壳体之间在径向上能无接触的相对固定，提高了超声波系统的稳定性和径向刚度，进而提高加工精度；且，刀柄外壳与变幅杆之后端无接触，不会影响其轴向超声振动波的传递，也不会引起超声能量的损失和系统发热。 |
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