随着硬脆材料在航天航空、医学、机械、车辆、电子等领域的广泛应用,传统加工方法已无法满足其加工需求。旋转超声加工是加工硬脆材料的一种十分有效的加工手段,为了使旋转超声加工能够被广泛应用,本文采用松耦合旋转变压器,克服碳刷和滑环装置的种种缺陷,设计一款可方便安装和拆卸的超声刀柄集成系统,应用于普通数控铣床。其研究的主要内容和成果如下:(1)提出了刀柄集成系统的整体结构。根据数控铣床主轴结构尺寸,设计了刀柄集成系统的结构;根据夹心式压电换能器的设计理论并采用软件进行模态仿真,设计并制作了一个半波长的28KHz超声压电振子;将超声压电振子和松耦合旋转变压器集成于刀柄集成系统中,安装于铣床上,实现了松耦合旋转变压器初、次级的无接触式同轴旋转。(2)根据电磁原理推导得到松耦合旋转变压器的等效电路图,针对壶型磁芯和邻近型线圈的松耦合旋转变压器建立数学模型并采用软件仿真分析,以磁芯和线圈的尺寸为参数推导得出励磁电感和漏感的计算公式,并总结得到一个松耦合旋转变压器的设计流程图。依照设计流程图设计并制作一个松耦合旋转变压器。(3)根据松耦合旋转变压器具有较大漏感的特点设计超声波电源电路:以ATmega16A单片机作为控制器,输出两路PWM信号控制驱动芯片IR2114SS,从而驱动不对称半桥逆变电路中的2个IGBT;利用松耦合旋转变压器的次级漏感作为匹配电感,实现与压电换能器的调谐匹配;利用初级漏感与开关管的寄生电容谐振实现ZVS,研究了不对称半桥逆变电路一个完整开关周期中的电路状态,得出实现ZVS的条件。实验表明,电源实现了ZVS;超声换能器振子的振幅在一定范围内随电源电压的增加而变大。