一种具有温度过载保护功能的超声振动装置 |
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| 申请号 | CN201811014826.8 | 申请日 | 2018-08-31 | 公开(公告)号 | CN109127343A | 公开(公告)日 | 2019-01-04 |
| 申请人 | 西安理工大学; | 发明人 | 李鹏阳; 刘强; 袁启龙; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种具有 温度 过载保护功能的超声振动装置，包括 超 声波 发生器、刀柄、换能器及冷却系统，刀柄外设有集流环， 超声波 发生器通过引线连接集流环，将 电能 传递给超 磁致伸缩 棒上的线圈，实现电能的传输。在换能器内设有多个温度 传感器 ，温度 信号 通过集流环传递给 单片机 ，实现温度值的采集。当换能器的温度过载时，单片机驱动继电器断开机床和超声波发生器的电源线，换能器温度冷却至室温时，单片机通驱动继电器闭合机床和超声波发生器的电源线，换能器继续工作。并在换能器内设有 冷却 水 套。在端盖下端设置套筒。本发明采用水冷系统对换能器进行冷却，对换能器的温度进行及时检测，并具有温度过载保护功能，实现换能器长时间稳定工作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有温度过载保护功能的超声振动装置，其特征在于，包括超声波发生器(22)、刀柄(1)、换能器及水冷系统，所述刀柄(1)外侧套有集流环(4)，所述集流环(4)通过螺钉(5)固定在刀柄(1)上；所述刀柄(1)底部开有空腔，所述换能器位于刀柄(1)底部空腔内； |
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| 说明书全文 | 一种具有温度过载保护功能的超声振动装置技术领域[0001] 本发明属于超声加工技术领域，具体涉及一种具有温度过载保护功能的超声振动装置。 背景技术[0002] 在硬脆材料高速切削加工中，工具头旋转的同时附加超声频机械振动，能够减小切削力，提高加工质量，延长刀具寿命。目前，在超声加工技术领域，压电陶瓷是超声换能器广泛应用的激振材料，但由于压电陶瓷的功率密度比较小，并且存在过热失效，易碎等不足之处，限制了其在大功率场合的应用。 [0003] 超磁致伸缩材料具有磁致伸缩应变大，能量密度高，响应速度快等优点，有利于实现大功率、大振幅的超声振动。由于超磁致伸缩材料存在磁滞效应和涡流效应，以及励磁线圈要在高频下工作，会产生大量的热，严重影响输出振幅的稳定性和工作的安全性。目前，现存的超磁致伸缩换能器采用气冷系统对进行冷却，并且不能检测换能器内部的温度，难以实现使换能器长期持续稳定工作。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种具有温度过载保护功能的超声振动装置，可以有效的解决实际加工中超磁致伸缩换能器发热的问题。 [0005] 本发明所采用的技术方案是：一种具有温度过载保护功能的超声振动装置，包括超声波发生器、刀柄、换能器及水冷系统，刀柄外侧套有集流环，集流环通过螺钉固定在刀柄上；刀柄底部开有空腔，换能器位于刀柄底部空腔内； [0006] 换能器包括由上到下依次连接的调节螺母、弹簧、后盖板、超磁致伸缩棒、线圈、变幅杆及工具头；后盖板与调节螺母之间设有弹簧；后盖板及超磁致伸缩棒位于刀柄的空腔内，超磁致伸缩棒上设有线圈及温度传感器；线圈通过导线依次连接有集流环及超声波发生器，超声波发生器通过第一引线将电能传输给集流环，经过集流环将电能传输给线圈；温度传感器通过第二引线将温度信号经过集流环传输给单片机； [0008] 水冷系统包括冷却进水管、冷却水套及冷却出水管，冷却水套套在超磁致伸缩棒外，刀柄中间设有中心孔，冷却进水管的上端连接刀柄中心孔，冷却进水管的下端与冷却水套顶部侧壁连通，冷却出水管的上端与冷却水套底部侧壁连通，冷却出水管固定在换能器外壳的外壁上，冷却出水管的下端固定在端盖上。 [0009] 本发明的特点还在于： [0012] 工具头与变幅杆为一体化结构。 [0013] 集流环上设有制动片。 [0014] 本发明的有益效果是： [0015] (1)温度传感器从超磁致伸缩棒和线圈的周围采集温度，经过集流环，将温度信号传递给单片机，超声波发生器通过引线将电能传输给集流环，经过集流环将电能传输给超磁致伸缩棒上的线圈，实现换能器在旋转工作的同时，电能的传输和温度的及时检测，并实现温度过载保护； [0016] (2)在超磁致伸缩棒外围设置冷却水套，在刀柄中心孔和冷却水套之间设置冷却进水管，在冷却水套和端盖之间设有冷却出水管，将超磁致伸缩棒和线圈产生的热量及时的带走，实现对换能器的有效冷却，冷却出水管固定在换能器外壳上，端盖下端设有套筒，可以防止出水管的冷却水外溅，同时对工具和工件进行冷却； [0017] (3)后盖板与调节螺母之间设有弹簧，刀柄内径设有螺纹，通过调节调节螺母可以对预紧力的大小进行调整； [0018] (4)采用在激励线圈中叠加直流电流为换能器提供偏置磁场，通过调节直流电流的大小对偏置磁场的进行调整； [0020] 图1是本发明一种具有温度过载保护功能的超声振动装置结构示意图； [0021] 图2是本发明一种具有温度过载保护功能的超声振动装置使用过程中的工作的原理图。 [0022] 图3是本发明的超磁致伸缩棒的结构示意图； [0023] 图中，1.刀柄，2.止动片，3.冷却进水管，4.集流环，5.螺钉，6.线圈7.冷却水套，8.超磁致伸缩棒，9.换能器外壳，10.端盖，11.螺钉，12.变幅杆，13.调节螺母，14.后盖板，15.弹簧，16-1.第一引线，16-2.第二引线，17.温度传感器，18.螺钉，19.冷却出水管，20.套筒，21.机床，22.超声波发生器。 具体实施方式[0024] 下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。 [0025] 本发明提供了一种具有温度过载保护功能的超声振动装置，如图1-2所示，包括超声波发生器22、刀柄1、换能器及水冷系统，刀柄1外侧套有集流环4，集流环4通过螺钉5固定在刀柄1上；刀柄1底部开有空腔，换能器位于刀柄1底部空腔内； [0026] 换能器包括由上到下依次连接的调节螺母13、弹簧15、后盖板14、超磁致伸缩棒8、线圈、变幅杆12及工具头；后盖板14与调节螺母13之间设有弹簧15；后盖板14及超磁致伸缩棒8位于刀柄1的空腔内，超磁致伸缩棒8上设有线圈6及温度传感器17；线圈6通过导线依次连接有集流环4及超声波发生器22，超声波发生器22通过第一引线16-1(电源线)，将电能传输给集流环4，经过集流环4将电能传输给线圈6；温度传感器17通过第二引线16-2(温度传感器的线)将温度信号经过集流环4传输给单片机，单片机根据采集到的温度值和设定的温度值进行比较，对机床和超声波发生器的开关进行控制； [0027] 变幅杆12外设有换能器外壳9、端盖10及套筒20，换能器外壳9的上端通过螺钉18与刀柄1固定连接；换能器外壳9的下端通过端盖10与变幅杆12固定连接，端盖10底部侧壁通过螺钉11与套筒20连接； [0028] 水冷系统包括冷却进水管3、冷却水套7及冷却出水管19，冷却水套7套在超磁致伸缩棒8外，刀柄1中间设有中心孔，冷却进水管3的上端连接刀柄1中心孔，冷却进水管3的下端与冷却水套7顶部侧壁连通，冷却出水管19的上端与冷却水套7底部侧壁连通，冷却出水管19固定在换能器外壳9的外壁上，冷却出水管19的下端固定在端盖10上。 [0029] 刀柄1内腔设螺纹，刀柄1与调节螺母13通过螺纹连接起来。 [0030] 在线圈6中叠加直流电流为换能器提供偏置磁场。 [0031] 工具头与变幅杆12为一体化结构。 [0032] 集流环4上设有制动片2。 [0033] 温度传感器17从超磁致伸缩棒8和线圈6的不同位置采集温度，通过第二引线16-2将温度信号径过集流环4传输给单片机，经过单片机处理后获得换能器当前一个比较稳定的温度值，根据设定的温度上下限值，当换能器的温度值超过设定温度的上限时，单片机经过三极管驱动继电器断开机床21和超声波发生器22的电源线，机床21和超声换能器停止工作，同时警示灯闪亮，提示换能器温度过载。当采集的温度低于设定的温度下限值时，单片机经过三极管驱动继电器闭合机床21和超声波发生器22的电源线，机床21和超声换能器继续工作。 [0034] 如图3所示，对超磁致伸缩棒8中部掏空轴向切片处理，并在与切片相垂直的方向设有长方形孔，用环氧树脂粘接起来，将第一引线16-1缠绕在超磁致伸缩棒8上。采用在线圈6中叠加直流电流为换能器提供偏置磁场，使超磁致伸缩棒8受均匀的偏置磁场，并通过调节直流电流的大小对偏置磁场的进行调整。在超磁致伸缩棒8外围设置冷却水套7。在刀柄1中心孔和冷却水套7之间设置冷却进水管3，在冷却水套7和端盖10之间设有冷却出水管19，冷却水经过刀柄1中心孔，经冷却进水管3进入冷却水套7，最后从冷却出水管19流出，将超磁致伸缩棒8和线圈6产生的热量及时的带走，对换能器进行效冷却。端盖10上通过螺钉 11固定有套筒20，可以防止主轴旋转时出水管的冷却水外溅，同时冷却水可以对工具和工件进行冷却。 [0035] 工具头和变幅杆12设计成整体式的结构，可以减小能量损失，放大振幅。 [0036] 本发明有如下优点： [0037] (1)可在超磁致伸缩棒和线圈外围置设有多个温度传感器，温度信号通过集流环传递给单片机，实现温度值的采集；当换能器的温度超过设定的过载温度值时，单片机驱动继电器断开机床和超声波发生器的电源，机床和换能器停止工作，同时警示灯闪亮，当换能器温度冷却至室温时，单片机通过三极管驱动继电器闭合机床和超声波发生器电源的开关，机床和换能器继续工作； [0038] (2)本发明可以有效的解决实际加工中超磁致伸缩换能器发热的问题，采用水冷系统对换能器进行冷却，并对换能器内部的温度进行及时的检测，实现温度过载保护，使换能器长期稳定的工作。 |
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