一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置制造方法及图纸

一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，它包括超声发生器、无线供电系统、刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统；所述超声发生器包括信号发生器和信号传输线，该信号发生器经信号传输线与无线供电系统连接；该无线供电系统包括发射系统和设置于接收系统外壳内的接收系统；所述刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统顺次连接；它采用电磁耦合共振原理实现无线电能传输以及利用模块化的结构设计使刀具实现高速旋转与高频振动的复合运动从而克服现有技术成本高且操作不便的缺陷，并且整体结构科学合理，传输功率大，能量损失小，工作稳定可靠；它广泛适用于硬脆材料或复合材料的加工配套使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械加工设备领域，尤其涉及一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置。
技术介绍
随着材料科学技术的高速发展，新型高性能材料不断大量出现，硬脆材料如石英、工程陶瓷和单晶硅等，复合材料如碳纤维复合材料、铝基碳化硅等先进材料因为其优良的性能，被越来越广泛地应用在各行各业里；然而硬脆材料及复合材料在拥有优越性能的同时也给加工带来了更多的困难，若用传统的加工方法，其加工难度很大且加工成本也相当昂贵，超声加工已被大量实践证明是用于难加工材料的有效方法。超声辅助加工技术是利用传统加工与高频超声振动复合形成新的加工技术，与传统的切削加工方法相比，超声振动辅助切削具有刀具磨损小、切削力小、加工表面损伤层小等特点，并被广泛应用于硬脆材料以及复合材料等难于加工的材料；然而超声振动辅助加工中换能器需随刀具一起高速旋转，如何将高频超声电信号传输到高速旋转的超声振动单元的换能器上是实现超声振动辅助加工的一个前提和难点；目前超声振动辅助加工主要通过碳刷和导电滑环的摩擦接触传输能量为换能器供电，但存在碳刷磨损快、发热量大、生产成本高、导线裸露、容易积炭打火、刀具转速不能过高、无法实现自动换刀等问题；另外一种电磁感应式无线供电的技术方案虽然在一定程度上解决了上述问题，但仍存在改装成本过高，对感应线圈的位置限制较严，并且传输距离较短，不利于大范围的推广。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术的目的在于提供一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，它采用电磁耦合共振原理实现无线电能传输以及利用模块化的结构设计使刀具实现高速旋转与高频振动的复合运动从而克服现有技术成本高且操作不便的缺陷，并且整体结构科学合理，传输功率大，能量损失小，工作稳定可靠，安全系数高，市场前景广阔，便于推广使用。为实现上述任务，一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，它包括超声发生器、无线供电系统、刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统；所述超声发生器包括信号发生器和信号传输线，该信号发生器经信号传输线与无线供电系统连接；该
无线供电系统包括采用电磁耦合共振传输电能的发射系统和接收系统，该接收系统设置于接收系统外壳内；所述刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统顺次连接。为实现本专利技术结构、效果优化，其进一步的措施：所述发射系统包括发射线圈盒以及依次设置于发射线圈盒内的铁氧体片E、发射线圈、电路板A、第一线圈支撑架、电路板B、第一中继线圈。所述第一线圈支撑架的两端面上设有弧形卡槽分别用于固定第一中继线圈和发射线圈，所述电路板B与电路板A分别经紧固螺钉与第一线圈支撑架的两端面连接并位于弧形卡槽的内缘。发射线圈盒为中空的圆筒状，该发射线圈盒的筒壁上设有过线孔，所述铁氧体片E粘结于发射线圈盒的底部。所述接收系统包括接收线圈盒以及依次设置于接收线圈盒内的第二中继线圈、电路板C、第二线圈支撑架、电路板D和接收线圈；该接收线圈盒经螺纹连接于接收系统外壳内。所述第二线圈支撑架的两端面上设有弧形卡槽分别用于固定第二中继线圈和接收线圈，所述电路板C和电路板D分别经紧固螺栓与第二线圈支撑架的两端面连接并位于弧形卡槽的内缘。所述接收系统外壳包括主壳体、前端盖和铁氧体片F；所述刀柄为圆锥体且小径端设有槽口，大径端设有螺纹与主壳体连接；所述铁氧体片F设置于主壳体内并与刀柄的大径端面粘结。所述超声振动单元包括换能器套筒、变幅杆、沉头螺栓以及设置于换能器套筒内的换能器，所述换能器套筒一端与接收系统外壳的主壳体卡接并经前端盖紧固，该换能器套筒的另一端与变幅杆连接，所述沉头螺栓轴向穿过换能器以及换能器套筒与变幅杆连接。所述装夹系统包括夹头和夹紧盖，所述夹头与变幅杆经锥面连接，所述夹紧盖套设于夹头的外圆面用于夹紧刀具。所述发射线圈、接收线圈、第一中继线圈或第二中继线圈均由3～5层线圈并联绕制且每层线圈均为平面盘型渐开结构。本专利技术提供一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，它包括超声发生器、无线供电系统、刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统；所述超声发生器包括信号发生器和信号传输线，该信号发生器经信号传输线与无线供电系统连接；该无线供
电系统包括采用电磁耦合共振传输电能的发射系统和接收系统，该接收系统设置于接收系统外壳内；所述刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统顺次连接；它采用电磁耦合共振原理实现无线电能传输以及利用模块化的结构设计使刀具实现高速旋转与高频振动的复合运动从而克服现有技术成本高且操作不便的缺陷，并且整体结构科学合理，传输功率大，能量损失小，工作稳定可靠，安全系数高，具有显著的经济效益和社会效益，市场前景广阔，便于推广使用。本专利技术相比现有技术所产生的有益效果：Ⅰ、本专利技术整体结构简单，便于安装，操作灵活，可在不改变机床结构的条件下安装于传统镗铣设备上，通过电磁共振式无线供电对难加工材料实现超声振动辅助切削加工，避免了机床的改造费用，并有利于提高加工质量和精度；Ⅱ、本专利技术采用电磁耦合共振原理实现无线电能传输的技术方案，克服了接触式电能传输碳刷磨损快、发热量大、生产成本高、导线裸露容易积炭打火、刀具转速不能过高、无法实现自动换刀等缺点；Ⅲ、本专利技术利用电磁耦合共振原理实现无线电能传输的技术方案，相对于感应式无线电能传输的技术方案，电磁耦合共振式无线电能传输的能量只能与相同共振频率的对象交换，能量损失很小，可获得更高的频率和更长的传输距离，传输功率更大，传输也更平稳，并且对线圈的位置限制相对较少，更有利于简化装置，降低制造成本；Ⅳ、本专利技术中实现能量传输的每组线圈均采用盘式并绕的结构形式，增大了空间磁场强度的幅值并能降低等效电感的量值，并且外加设置磁场铁氧体片能有效减少磁场能量的损失，可获得更高的频率和更长的传输距离，传输功率更大，传输稳定可靠；Ⅴ、本专利技术采用模块化的结构设计原理可使刀具实现高速旋转与高频振动的复合运动，从而实现对硬脆材料或复合材料的精准加工，并且生产成本低，操作简单，加工效率高；Ⅵ、本专利技术利用电磁耦合共振原理实现无线电能传输的技术方案，可实现一个发射系统配置多个接收系统，可同时对多个设备进行无线供电，有效的提高了生产效率，极大降低了生产制造成本。本专利技术广泛适用于硬脆材料或复合材料的加工配套使用。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术的整体连接结构示意图。图2为本专利技术中刀柄部分连接结构示意图。图3为本专利技术中刀柄部分连接结构剖视图。图4为本专利技术中接收系统的结构示意图。图5为本专利技术中发射系统的结构示意图。图6为本专利技术中实施例一的结构示意图。图中：1-超声发生器；11-信号发生器；12-信号传输线；2-无线供电系统；21-发射系统；211-发射线圈盒；212-发射线圈；213-电路板A；214-第一线圈支撑架；215-电路板B；216-紧固螺钉；217-第一中继线圈；218-铁氧体片E；219-封板；22-接收系统；221-接收线圈盒；222-第二中继线圈；223-电路板C；224-第二线圈支撑架；225-电路板D；226-紧固螺栓；227-接收线圈；3-刀柄；4-接收系统外壳；41-主壳体；42-前端盖；43-沉头螺钉；44-铁氧体片F；5-超声振动单元；51-换能器套筒；52-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，其特征是在于包括超声发生器、无线供电系统、刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统；所述超声发生器包括信号发生器和信号传输线，该信号发生器经信号传输线与无线供电系统连接；该无线供电系统包括采用电磁耦合共振传输电能的发射系统和接收系统，该接收系统设置于接收系统外壳内；所述刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统顺次连接。

【技术特征摘要】
1.一种电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，其特征是在于包括超声发生器、无线供电系统、刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统；所述超声发生器包括信号发生器和信号传输线，该信号发生器经信号传输线与无线供电系统连接；该无线供电系统包括采用电磁耦合共振传输电能的发射系统和接收系统，该接收系统设置于接收系统外壳内；所述刀柄、接收系统外壳、超声振动单元和装夹系统顺次连接。2.根据权利要求1所述的电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，其特征在于所述发射系统包括发射线圈盒以及依次设置于发射线圈盒内的铁氧体片E、发射线圈、电路板A、第一线圈支撑架、电路板B和第一中继线圈。3.根据权利要求2所述的电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，其特征在于所述第一线圈支撑架的两端面上设有弧形卡槽分别用于固定第一中继线圈和发射线圈，所述电路板B与电路板A分别经紧固螺钉与第一线圈支撑架的两端面连接并位于弧形卡槽的内缘。4.根据权利要求2所述的电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，其特征在于所述发射线圈盒为中空的圆筒状，该发射线圈盒的筒壁上设有过线孔，所述铁氧体片E粘结于发射线圈盒的底部。5.根据权利要求1所述的电磁共振式无线电能传输的超声振动辅助切削装置，其特征在于所述接收系统包括接收线圈盒以及依次设置于接收线圈盒内的第二中继线圈、电路板C、第二线圈支撑架、电路板D和接收线圈；该...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏南，许磊，邱新义，牛秋林，冷小龙，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43