一种非接触式超声供电装置的连接装置及使用方法与流程

1.本发明涉及超声数控加工领域，具体来说是一种非接触式超声供电装置的连接装置及使用方法。


背景技术：

2.超声铣削加工由于其高频振动而使得加工过程为断续切削，具有切削力小、切削温度低、工件表面质量高、加工过程稳定、刀具耐用度高等优势，广泛应用于玻璃、陶瓷、钛合金以及复合材料等难加工材料切削加工。
3.针对传统超声加工装置接触式供电方式带来的旋转过程易产生电火花，转速受限的问题，专利cn107008959b发明了一种非接触式供感应供电椭圆超声加工装置，该装置由椭圆超声刀柄、感应供电装置组成，超声刀柄通过拉钉与主轴连接，与主轴一起高速旋转，感应供电装置固定在主轴上方，通过电磁感应实现对旋转的刀柄进行供电，这种非接触式供电方式对供电装置与主轴刀柄结构间的间隙提出了新要求，间隙过小易发生摩擦甚至碰撞导致超声装置损坏，间隙过大感应供电能力不足导致超声振动振幅急剧下降，超声铣削效果较差。而间隙的调整主要是通过感应供电装置与主轴的连接装置来实现。该连接装置一方面要满足供电装置的固定需求，另一方面要和刀柄装置留有适当的间隙，保证感应供电的稳定性和有效性。现有连接装置仅实现了感应供电装置与主轴的连接，其连接方式连接间隙无法调整。
4.此外，在航空结构件加工过程中，由于零件结构的复杂性，机床在进行超声加工时，需要进行大摆角加工，需要经常拆除超声刀柄。因此，快速实现超声供电系统与机床主轴的精确装配与拆卸，是超声加工在航空结构件加工中应用的关键环节。
5.针对此需求，本发明提出了一种非接触式超声供电装置的连接装置及使用方法，以实现超声刀柄装置与机床主轴的高效精密连接，保证超声装置在工程实践中稳定高效应用。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对超声感应供电装置与机床主轴连接时，既要保证与机床主轴连接的稳定性，又要保证连接后与主轴刀柄有适当间隙的需求，提供了一种非接触式超声供电装置的连接装置及使用方法。
7.为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：一种非接触式超声供电装置的连接装置，其特征在于，包括上部连接装置、下部连接装置、超声供电装置、间隙调节机构和间隙测量装置，所述上部连接装置与机床主轴连接，下部连接装置滑动连接在上部连接装置上；超声供电装置同轴环绕设置在超声刀柄外侧，并通过其一侧的连接体固定在下部连接装置上，在所述下部连接装置和连接体之间设置有调整垫圈，所述调整垫圈用于调整超声供电装置与超声刀柄之间的轴向阶差，间隙调节机构设置在上部连接装置上，用于改变超声供电装置与超声刀柄之间的径向间隙；间隙
测量装置设置在超声供电装置的两个侧端面上，用于测量超声供电装置与超声刀柄之间的径向间隙。
8.进一步的，所述上部连接装置包括上端连接部位，所述上端连接部位的顶部开设有两个沉头孔，沉头孔内连接有与机床主轴同心的的连接螺钉，上端连接部分通过所述连接螺钉与机床主轴连接。
9.进一步的，所述上部连接装置还包括设置在上端连接部位下方的径向间隙调整部位和径向定位部位，在所述的径向定位部位开设有水平向的燕尾槽，下部连接装置的顶部设置有与所述燕尾槽形状相匹配的导轨，所述导轨滑动连接在燕尾槽内。
10.进一步的，所述径向间隙调整部位开设有水平向的与导轨方向平行的螺纹通孔，间隙调整机构连接在所述螺纹通孔上，所述间隙调整机构包括间隙调整旋钮和螺杆，所述螺杆前端穿过螺纹通孔与下部连接装置连接，旋转间隙调整旋钮可使下部连接装置沿燕尾槽做直线运动。
11.进一步的，所述下部连接装置的底部设置有沉头孔用于放置调整垫圈，超声供电装置的连接体通过连接螺栓与沉头孔配合连接固定。
12.进一步的，在下部连接装置的底部还设置有限位凸台，所述限位凸台恰好卡设在连接体相对的两个侧面，用于防止超声供电装置在使用过程中发生偏转。
13.进一步的，所述间隙测量装置包括激光测距仪、显示器和信号传输线，所述激光测距仪连接在超声供电装置两个侧端面的中心位置，激光测距仪通过信号传输线与显示器连接。
14.进一步的，所述激光测距仪共设置有四个且两两分布在超声供电装置的两个侧端面上，激光测距仪的测量头的端面不超过超声供电装置的内圆面。
15.本发明还提供了一种非接触式超声供电装置的连接装置的使用方法，包括如下步骤：s1、将上部连接装置的上端连接部位通过连接螺钉固定在机床主轴上；s2、将下部连接装置通过导轨与上部连接装置上的燕尾槽组合，并将间隙调整机构的螺杆依次旋入径向间隙调整部位的螺纹孔和下部连接装置中；s3、将四个激光测距仪两两安装在超声供电装置的两个侧端面上，安装时激光测距仪的测量头不得伸出超声供电装置的内圆面；s4、将装有刀具的超声刀柄安装在机床主轴上；s5、将调整垫圈置于下部连接装置底部的沉头孔中，并通过连接螺栓将超声供电装置的连接体固定在下部连接装置上；s6、用卡尺测量超声供电装置与超声刀柄感应供电区端面之间的距离l，若l＞1mm，则减小调整垫圈的厚度，重新连接并测量，直至l≤1mm为止，s7、将激光测距仪的显示器粘接在下部连接装置上，并用信号传输线将激光测距仪与显示器连接；s8、打开激光测距仪，进行距离测量，超声刀柄与超声供电装置的内圆面之间的距离d需满足0.1mm≤d≤0.2mm；若不满足，则调整间隙调整旋钮进行间隙调整，直至满足要求为止。
16.所述的距离d=1/4（d1+ d2+d3+d4），其中d1、d3为一侧激光测距仪的测量值，d2、d4为
另一侧激光测距仪的测量值，且各个激光测距仪的测量值均需满足0.1mm≤di≤0.2mm，其中i=1,2,3,4。
17.综上所述，本发明具有以下优点：1、本发明所述的连接装置，可以实现非接触式超声供电装置与机床主轴快速连接和拆卸，并能够保证连接精度，通过调节超声供电装置与下部连接装置之间的调整垫圈的高度，可以调整超声供电装置与超声刀柄的轴向阶差，通过间隙调整机构可以实现超声供电装置与超声刀柄之间的径向间隙；2、本发明中采用四个激光测距仪安装在超声供电装置的两个侧端面上，通过四个激光测距仪的测量值获取超声供电装置与超声刀柄之间的径向间隙，并且还设置显示器实时显示径向间隙值，方便操作人员根据显示值进行调整；3、本发明结构简单、拆装方便，下部连接装置通过设置导轨连接在上部连接装置的燕尾槽中实现滑动连接，旋转间隙调节机构的间隙调整旋钮可以实现下部连接装置与超声供电装置同步移动，从而调整超声供电装置与超声刀柄之间的径向间隙。
附图说明
18.图1为本发明超声铣削装置的使用状态示意图；图2为本发明的连接装置的结构示意图；图3为本发明连接装置的上部结构示意图；图4为本发明连接装置的下部结构示意图；图5为本发明的轴向间隙测量示意图；图6为本发明的径向间隙测量示意图；其中，s1、机床主轴，s2、连接装置，s3、超声供电装置，s4、刀具，s5、超声刀柄，s21、上部连接装置，s22、下部连接装置，s23、间隙调整旋钮，s24、连接螺栓，s25、螺钉，s26、间隙测量装置，s27、连接螺钉，s211、上端连接部位，s212、径向间隙调整部位，s213、径向定位部位，s221、导轨，s222、连接孔，s223、限位凸台，s31、调整垫圈，s261、激光测距仪，s262、显示器， s263、信号传输线。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、
ꢀ“
安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.实施例1本发明提供了一种非接触式超声供电装置s3的连接装置s2，如图1所示，通过将超声供电装置s3固定在机床主轴s1上，同时与超声刀柄s5的感应区保证轴向阶差小于1mm，径向间隙在0.2mm以内，且径向间隙不小于0.1mm，以使刀具s4产生超声振动，实现加工材料的高质高效切削。
25.如图2 所示，连接装置s2包括上部连接装置s21、下部连接装置s22、超声供电装置s3、间隙调节机构和间隙测量装置s26，上部连接装置s21与机床主轴s1连接，下部连接装置s22滑动连接在上部连接装置s21上，超声供电装置s3同轴环绕设置在超声刀柄s5外侧，并通过其一侧的连接体固定在下部连接装置s22上，超声供电装置s3为不完整圆环柱状结构，其内圆面环绕超声刀柄s5的外圆面设置。
26.在下部连接装置s22和连接体之间设置有调整垫圈s31，所述调整垫圈s31用于调整超声供电装置s3与超声刀柄s5之间的轴向阶差，间隙调节机构设置在上部连接装置s21上，用于改变超声供电装置s3与超声刀柄s5之间的径向间隙；间隙测量装置s26连接在超声供电装置s3的两个侧端面上，用于测量超声供电装置s3与超声刀柄s5之间的径向间隙。
27.实施例2本发明提供了一种非接触式超声供电装置s3的连接装置s2，如图3所示，进一步的，上部连接装置s21包括上端连接部位s211、径向间隙调整部位s212和径向定位部位s213，上端连接部位s211的顶部开设有两个沉头孔，沉头孔内连接有与机床主轴s1同心的连接螺钉s27，上端连接部分通过连接螺钉s27与机床主轴s1连接。
28.在径向定位部位s213开设有水平方向的燕尾槽，下部连接装置s22的顶部设置有与燕尾槽形状相匹配的导轨s221，下部连接装置s22通过该导轨s221滑动连接在燕尾槽内。所述燕尾槽开设有两个，以保证径向间隙调整方向的稳定性。
29.径向间隙调整部位s212开设有水平向的与导轨s221方向平行的螺纹通孔，间隙调整机构连接在所述螺纹通孔内，间隙调整机构包括间隙调整旋钮s23和螺杆，螺杆前端穿过螺纹通孔与下部连接装置s22连接，旋转间隙调整旋钮s23可使下部连接装置s22沿燕尾槽做直线运动。
30.下部连接装置s22的底部设置有沉头孔用于放置调整垫圈s31，超声供电装置s3的连接体通过连接螺栓s24与沉头孔配合连接固定。通过改变调整垫圈s31的厚度，可实现超
声刀柄s5与超声供电装置s3之间的阶差调整。
31.在下部连接装置s22的底部还设置有限位凸台s223，限位凸台s223恰好卡设在连接体相对的两个侧面，用于防止超声供电装置s3在使用过程中发生偏转。
32.间隙测量装置s26包括激光测距仪s261、显示器s262和信号传输线 s263，激光测距仪s261通过螺钉s25固定连接在超声供电装置s3的两个侧端面的中心位置，且激光测距仪s261的测量头朝向如图6所示，激光测距仪s261通过信号传输线 s263与显示器s262连接，显示器s262通过粘接或螺钉s25固定的方式设置在下部连接装置s22上，用于显示激光测距仪s261的检测间隙d。
33.激光测距仪s261共设置有四个且均匀分布在超声供电装置s3的两个侧端面上，激光测距仪s261的测量头的端面不超过超声供电装置s3的内圆面。
34.实施例3本实施例公开了一种非接触式超声供电装置s3的连接装置s2的使用方法，包括如下步骤：s1、将上部连接装置s21的上端连接部位s211通过连接螺钉s27固定在机床主轴s1上；s2、将下部连接装置s22通过导轨s221与上部连接装置s21上的燕尾槽组合，并将间隙调整机构的螺杆依次旋入径向间隙调整部位s212的螺纹孔和下部连接装置s22中；s3、将激光测距仪s261安装在超声供电装置s3的两个侧端面上，安装时激光测距仪s261的测量头不得伸出超声供电装置s3的内圆面；s4、将装有刀具s4的超声刀柄s5安装在机床主轴s1上；s5、将调整垫圈s31置于下部连接装置s22底部的沉头孔中，并通过连接螺栓s24将超声供电装置s3的连接体固定在下部连接装置s22上；s6、用卡尺测量超声供电装置s3与超声刀柄s5感应供电区端面之间的距离l，如图5所示，若l＞1mm，则减小调整垫圈s31的厚度，重新连接并测量，直至l≤1mm为止，s7、将激光测距仪s261的显示器s262粘接在下部连接装置s22上，并用信号传输线 s263将激光测距仪s261与显示器s262连接；s8、如图6所示，打开激光测距仪s261，进行距离测量，超声刀柄s5与超声供电装置s3的内圆面之间的距离d需满足0.1mm≤d≤0.2mm；若不满足，则调整间隙调整旋钮s23进行间隙调整，直至满足要求为止。
35.所述的距离d=1/4（d1+d2+d3+d4），其中d1、d3为一侧激光测距仪s261的测量值，d2、d4为另一侧激光测距仪s261的测量值，且各个激光测距仪s261的测量值均需满足0.1mm≤di≤0.2mm，其中i=1,2,3,4。
36.虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
37.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。