【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波加工，尤其涉及一种上下环超声波加工装置、超声波主轴、超声波机床及超声钻。
技术介绍
1、以功能陶瓷、光学晶体、高强韧性合金、陶瓷基复合材料等为代表的先进材料，具有优异的机械、物理和化学综合性能。但这些材料也是典型的难加工材料，在切削加工过程中，存在切削刀具易磨损、刀具寿命低、加工质量差、加工效率低等瓶颈问题，采用传统机械加工工艺方法很难完全解决。
2、超声波加工是通过向工具或工件施加微米级超声频率的振动，并控制其振动频率、振动幅度及振动方向，使加工工具和工件产生周期性高频分离的加工方法。大量研究和实践表明，与传统加工相比，超声波加工技术对难加工金属材料、硬脆材料、复合材料等新型材料加工，在抑制微裂纹产生、降低切削力、延长刀具寿命、减少工件毛刺、提升加工效率等方面具有显著优势。
3、其中，超声波加工装置是超声波加工技术的一种具体应用，其可以认为是在普通刀具上增加了超声波换能器，以实现刀具在加工过程中产生高频振动，提高加工的效率。
4、现有的超声波加工装置具有超声波无线传输机构，超声波无线传输机构包括无线发射单元和无线接收单元，无线发射单元和无线接收单元沿加工刀具的轴向相对布置，当对无线发射单元供电时，无线接收单元和无线发射单元磁感线互通，磁感线沿加工刀具的轴向循环流动，无线接收单元对超声波换能器实现供电；
5、然而，现有的超声波加工装置还没有能够将超声波无线传输机构的结构参数及其工作状态下的峰值电流、视在功率进行联系，因此，设备在工作过程中，容易因为视在功率、峰值
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供能够有助于提高工作的稳定性及传输效率，降低温升，并延长使用寿命的一种上下环超声波加工装置、超声波主轴、超声波机床及超声钻。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种上下环超声波加工装置，包括：
3、刀体，所述刀体后端用于与旋转输出装置连接，前端开设有安装腔；
4、无线传输机构，所述无线传输机构包括发射单元和接收单元，所述发射单元设于所述刀体的外周侧，所述接收单元设于所述刀体的外周侧，所述发射单元与所述接收单元沿所述刀体的轴向相对设置并形成有气隙间隔，所述发射单元包括发射线圈和基于发射线圈的电流产生磁场的发射磁体，所述接收单元包括接收线圈和用于接收发射单元产生的磁场的接收磁体；以及
5、超声波换能器，所述超声波换能器设于所述安装腔内并与所述接收单元电连接；
6、输入至所述接收单元的电信号的频率为f赫兹，所述无线传输机构的气隙磁阻为rδ亨利-1，所述发射单元的磁阻为r发射亨利-1，所述接收单元的磁阻为r接收亨利-1；
7、其中，所述发射单元的视在功率为q发射伏安，所述发射单元通入的峰值电流为i发射安，所述发射线圈的匝数为n发射，则上述参数满足关系式：
8、
9、所述接收线圈的匝数为n接收，所述接收单元的视在功率为q接收伏安，所述接收单元通入的峰值电流为i接收安，则上述参数满足关系式：
10、
11、k1为修正系数，0.5≤k1≤1.5，2≤n接收≤240，2≤n发射≤240。
12、本专利技术的一些实施例中，所述发射单元沿所述刀体的外周侧绕设的角度为θ，。
13、本专利技术的一些实施例中，θ=2π，所述发射磁体包括第一环形底板、第一环形内侧板和第一环形外侧板，所述第一环形内侧板连接于第一环形底板的内侧边，所述第一环形外侧板连接于第一环形底板的外侧边，所述第一环形底板、第一环形内侧板和第一环形外侧板之间形成开口朝向接收单元的第一埋线槽，所述发射线圈沿所述刀体的周向环绕所述第一环形内侧板设置，且所述发射线圈容纳于所述第一埋线槽内；其中，所述第一环形底板的厚度为h3毫米，所述第一环形内侧板的厚度为b3毫米，所述第一环形外侧板的厚度为b4毫米，所述发射磁体沿刀体轴向延伸的长度为h4毫米，所述第一环形内侧板的内径为d3毫米，所述第一环形外侧板的外径为d4毫米；
14、所述接收磁体包括第二环形底板、第二环形内侧板和第二环形外侧板，所述第二环形内侧板连接于第二环形底板的内侧边，第二环形外侧板连接于第二环形底板的外侧边，所述第二环形底板、第二环形内侧板和第二环形外侧板之间形成开口朝向发射单元的第二埋线槽，所述接收线圈沿所述刀体的周向环绕所述第二环形内侧板设置，且所述接收线圈容纳于所述第二埋线槽内；其中，所述第二环形底板的厚度为h1毫米，所述第二环形内侧板的厚度为b1毫米，所述第二环形外侧板的厚度为b2毫米，所述接收磁体沿刀体轴向方向延伸的长度为h2毫米，所述第二环形内侧板的内径为d1毫米，所述第二环形外侧板的外径为d2毫米；
15、所述发射磁体和所述接收磁体的相对磁导率均为u，真空磁导率为u0亨利/米，所述第二环形内侧板的磁路面积为s1，所述第二环形外侧板的磁路面积为s2，s1、s2与上述参数的关系如下：
16、
17、
18、r1为所述第二环形内侧板的磁阻，r2为所述第二环形外侧板的磁阻，r3为所述第二环形底板的磁阻，所述接收单元的磁阻r接收与上述参数的关系如下：
19、
20、
21、
22、
23、所述第一环形内侧板的磁路面积为s3，所述第一环形外侧板的磁路面积为s4，s3、s4与上述参数的关系如下：
24、
25、
26、r4为所述第一环形内侧板的磁阻，r5为所述第一环形外侧板的磁阻，r6为所述第一环形底板的磁阻，所述发射单元的磁阻r发射与上述参数的关系如下：
27、
28、
29、
30、。
31、本专利技术的一些实施例中，所述第二环形内侧板与所述第一环形内侧板之间的气隙等效磁路面积为sδ1，所述第二环形外侧板与所述第一环形外侧板之间的气隙等效磁路面积为sδ2，真空磁导率为u0亨利/米，rδ1为所述第二环形内侧板与所述第一环形内侧板之间的气隙磁阻，rδ2为所述第二环形外侧板与所述第一环形外侧板之间的气隙磁阻，f1、f2、f3和f4均为边缘磁通系数，所述气隙间隔的宽度为δ毫米；
32、当b1=b3，则有：
33、
34、
35、
36、当b2=b4，则有：
37、
38、
39、
40、当b1>b3，则w1=b1，w2=b3，d=d3；当b3>b1，则w1=b3，w2=b1，d=d1，则有：
41、
42、
43、当b2>b4，则w1=b2，w2=b4，d=d4；当b4>b2，则w1=b4，w2=b2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种上下环超声波加工装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述发射单元沿所述刀体的外周侧绕设的角度为θ，。
3.根据权利要求2所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，θ=2π，所述发射磁体包括第一环形底板、第一环形内侧板和第一环形外侧板，所述第一环形内侧板连接于第一环形底板的内侧边，所述第一环形外侧板连接于第一环形底板的外侧边，所述第一环形底板、第一环形内侧板和第一环形外侧板之间形成开口朝向接收单元的第一埋线槽，所述发射线圈沿所述刀体的周向环绕所述第一环形内侧板设置，且所述发射线圈容纳于所述第一埋线槽内；其中，所述第一环形底板的厚度为H3毫米，所述第一环形内侧板的厚度为b3毫米，所述第一环形外侧板的厚度为b4毫米，所述发射磁体沿刀体轴向延伸的长度为H4毫米，所述第一环形内侧板的内径为D3毫米，所述第一环形外侧板的外径为D4毫米；
4.根据权利要求3所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述第二环形内侧板与所述第一环形内侧板之间的气隙等效磁路面积为Sδ1，所述第二环形外侧板与所述第一环形外侧板之
5.根据权利要求2所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，，所述发射磁体包括弧形底板、弧形内侧板和弧形外侧板，所述弧形内侧板连接于所述弧形底板的内侧边，所述弧形外侧板连接于所述弧形底板的外侧边，所述弧形底板、所述弧形外侧板和所述弧形内侧板同心设置，所述弧形底板、弧形内侧板和弧形外侧板之间形成开口朝向接收单元的第一埋线槽；其中，所述弧形底板的厚度为H3毫米，所述弧形内侧板的厚度为b3毫米，所述弧形外侧板的厚度为b4毫米，所述发射磁体沿刀体轴向延伸的长度为H4毫米，所述弧形内侧板的内径为D3毫米，所述弧形外侧板的外径为D4毫米，所述发射线圈沿所述刀体的周向环绕所述弧形底板或所述弧形外侧板设置；
6.根据权利要求5所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述第二环形内侧板与所述弧形内侧板之间的气隙等效磁路面积为Sδ1，所述第二环形外侧板与所述弧形外侧板之间的气隙等效磁路面积为Sδ2，Rδ1为所述第二环形内侧板与所述弧形内侧板之间的气隙磁阻，Rδ2为所述第二环形外侧板与所述弧形外侧板之间的气隙磁阻，F1、F2、F3和F4均为边缘磁通系数，所述气隙间隔的宽度为δ毫米；
7.根据权利要求1-6任一项所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，还包括发射架和接收架，所述发射架和所述接收架沿所述刀体的轴向相对布置，所述发射架面向所述接收架的一端面开设有第一容纳槽，所述接收架面向所述发射架的一端面开设有第二容纳槽，所述发射单元容纳于所述第一容纳槽，所述接收单元容纳于所述第二容纳槽，所述刀体的外周面设有沿其径向凸起的限位凸环，所述接收架套设固定于所述刀体的外周并抵接所述限位凸环的后端面。
8.根据权利要求1-6任一项所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述气隙间隔的宽度为δ毫米，0.1≤δ≤3。
9.根据权利要求1-6任一项所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，还包括变幅杆，所述超声波换能器包括压电振子、螺杆和后盖，所述螺杆设于所述安装腔内并沿所述刀体的轴向延伸，所述变幅杆的后端与所述螺杆固定连接，所述压电振子套设于所述螺杆，所述变幅杆的后端面沿所述螺杆的径向凸出所述螺杆的外周面，所述后盖与所述螺杆螺纹连接并与所述变幅杆的后端面配合限位所述压电振子。
10.根据权利要求9所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，还包括用于套设于加工刀具外周的筒夹和螺帽，所述变幅杆的前端开设有向后端延伸的插孔，所述插孔的内周面呈从前至后直径逐渐减小的锥形，所述筒夹能够配合所述加工刀具插入到所述插孔，所述螺帽能够与所述变幅杆螺纹连接，并抵顶所述筒夹以锁紧所述加工刀具。
11.根据权利要求10所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述筒夹包括与所述插孔相适配的锥筒段，所述筒夹具有多条沿其周向间隔分布的第一变形槽，所述第一变形槽延伸至或延伸经过所述锥筒段；
12.根据权利要求11所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述筒夹具有多条沿其周向间隔分布的第二变形槽，所述第二变形槽延伸至或延伸经过所述锥筒段，所述第二变形槽与所述第一变形槽间隔且交错布置；
13.根据权利要求1-6任一项所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述发射磁体由铁氧体、钕铁硼、高频陶瓷材料...
【技术特征摘要】
1.一种上下环超声波加工装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述发射单元沿所述刀体的外周侧绕设的角度为θ，。
3.根据权利要求2所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，θ=2π，所述发射磁体包括第一环形底板、第一环形内侧板和第一环形外侧板，所述第一环形内侧板连接于第一环形底板的内侧边，所述第一环形外侧板连接于第一环形底板的外侧边，所述第一环形底板、第一环形内侧板和第一环形外侧板之间形成开口朝向接收单元的第一埋线槽，所述发射线圈沿所述刀体的周向环绕所述第一环形内侧板设置，且所述发射线圈容纳于所述第一埋线槽内；其中，所述第一环形底板的厚度为h3毫米，所述第一环形内侧板的厚度为b3毫米，所述第一环形外侧板的厚度为b4毫米，所述发射磁体沿刀体轴向延伸的长度为h4毫米，所述第一环形内侧板的内径为d3毫米，所述第一环形外侧板的外径为d4毫米；
4.根据权利要求3所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述第二环形内侧板与所述第一环形内侧板之间的气隙等效磁路面积为sδ1，所述第二环形外侧板与所述第一环形外侧板之间的气隙等效磁路面积为sδ2，rδ1为所述第二环形内侧板与所述第一环形内侧板之间的气隙磁阻，rδ2为所述第二环形外侧板与所述第一环形外侧板之间的气隙磁阻，f1、f2、f3和f4均为边缘磁通系数，所述气隙间隔的宽度为δ毫米；
5.根据权利要求2所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，，所述发射磁体包括弧形底板、弧形内侧板和弧形外侧板，所述弧形内侧板连接于所述弧形底板的内侧边，所述弧形外侧板连接于所述弧形底板的外侧边，所述弧形底板、所述弧形外侧板和所述弧形内侧板同心设置，所述弧形底板、弧形内侧板和弧形外侧板之间形成开口朝向接收单元的第一埋线槽；其中，所述弧形底板的厚度为h3毫米，所述弧形内侧板的厚度为b3毫米，所述弧形外侧板的厚度为b4毫米，所述发射磁体沿刀体轴向延伸的长度为h4毫米，所述弧形内侧板的内径为d3毫米，所述弧形外侧板的外径为d4毫米，所述发射线圈沿所述刀体的周向环绕所述弧形底板或所述弧形外侧板设置；
6.根据权利要求5所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，所述第二环形内侧板与所述弧形内侧板之间的气隙等效磁路面积为sδ1，所述第二环形外侧板与所述弧形外侧板之间的气隙等效磁路面积为sδ2，rδ1为所述第二环形内侧板与所述弧形内侧板之间的气隙磁阻，rδ2为所述第二环形外侧板与所述弧形外侧板之间的气隙磁阻，f1、f2、f3和f4均为边缘磁通系数，所述气隙间隔的宽度为δ毫米；
7.根据权利要求1-6任一项所述的上下环超声波加工装置，其特征在于，还包括发射架和接收架，所述发射架和所述接收架沿所述刀体的轴向相对布置，所述发射架面向所述接收架的一端面开设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：汇专机床有限公司，
类型：发明
国别省市：
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