一種壓電式超聲旋轉主軸裝置的製作方法

2023-06-17 15:33:11

專利名稱：一種壓電式超聲旋轉主軸裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於材料加工技術領域，主要涉及一種用於銑床上的壓電式超聲旋 轉主軸裝置。
背景技術：
現在對於強應力零件的需求一直在增長，在醫學技術、光學工業、汽車工業 等其他許多行業顯得更為重要。這些強應力零件大都使用具有重量輕、抗腐蝕、 耐高溫和耐磨損等卓越性能的硬脆新型材料，而對於硬脆新型材料使用傳統金 屬切削加工，如用鑽石刀具在磨床上加工，對刀具的磨損十分嚴重，即需要相 應的專用工具機，而且加工費用非常大。對硬脆材料採用超聲加工是一種較理想 加工方法。該方法比傳統的加工方法具有加工精度和表面光潔度高的優點，而 且不受工件材料的電、化學特性限制，不需要工件導電，也不像雷射、電火花 等特種加工一樣給工件帶來熱損傷和殘餘應力。目前，在超聲波數控銑床切削
中，主軸是其主要的部件，現有很多方案，如中國專利號為200680024192. 3與 200810199000的主軸設計方案中，超聲發射器與超聲接收器之間通過感應方式 傳輸超聲驅動信號，主軸由電機直接驅動。電機提供的扭矩有限，採用電機直 接驅動主軸，對電機性能提出更高的要求，也使得這種主軸不適於加工尺寸相 對較大的工件，從而使得該產品不能得到廣泛應用。在專利200810199000中， 由于振動的變幅杆、換能器直接與軸承裝配，同樣會造成能量損失，而且會對 軸承產生不良的影響，加速軸承的報廢，從而影響工具機的精度。
如中國專利號為200680024192.3與200810199000的主軸設計方案中，採 用感應線圈傳遞超聲波信號。這種傳遞方式中銜鐵的設計問題不能得到很好的 解決，使得能量在傳遞過程中損失很大，而且不穩定。因此，只能滿足一些小 型零件的加工，對於尺寸相對較大的則不能適用。
現有數控銑床旋轉超聲主軸裝置主要存在的不足是結構複雜、維修裝配困 難、加工成本高、超聲能量傳遞效率較低、設備加工效率較低，因而，在實際 生產中並沒有得到廣泛的應用。

發明內容
本發明的目的是克服以上所述現有技術的不足，提供和設計一種結構緊湊 簡單，易於裝配和維修，超聲能量傳遞效率高，可加工較大尺寸的零件，工作 安全可靠，並且具有良好經濟性的用於銑床上的壓電式超聲旋轉主軸裝置。
為了實現上述目的本發明的技術方案是
一種壓電式超聲旋轉主軸裝置，具有主軸、軸套、變幅杆、換能器與集流 裝置，所述的集流裝置裝在外軸的尾部，換能器分別有兩根導線與集流裝置的 集流環相連；其特徵在於
*所述的主軸為內、外複合軸，外軸為中空軸，在外軸上裝有支承軸承， 支承軸承由前、後軸承法蘭壓緊固定在外軸與所述的軸套之間；各軸承 間設有定位隔套與套筒； *所述的內軸即為所述的變幅杆與換能器，用螺柱將變幅杆與換能器連接
成一體，並安裝在外軸的內部； *所述的變幅杆設有凸緣部，由法蘭與螺釘將凸緣部連接在外軸端頭；變
幅杆只有變幅杆波節處的凸緣與外軸相接； *在所述的外軸中部還裝有一個驅動齒輪，並由驅動齒輪傳遞旋轉動力。 外部提供的超聲波發生器產生的高頻振動信號，通過旋轉運動的集流裝置 傳遞給換能器，換能器的壓電晶片產生的軸向超聲振動，經變幅杆放大後並作 用到工具頭。由於所述內軸與外軸間沒有支承，並做同步旋轉運動，因而外軸 和軸承都沒有振動，使整個主軸運動較為平穩。
本發明與現有技術相比較，具有的突出的實質性特點和顯著的有益效果是:
1、 因集流環半徑較小，與電刷的相對運動速度減小，保證電刷的耐磨性， 無需在中空的主軸上設計感應線圈的銜鐵，並能夠從數控主軸的尾部通過集流 裝置收集到穩定的高頻電信號。
2、 主軸由內外軸組成，充分利用外軸內部空間，結構緊湊。軸承與無振動 的外軸裝配，並由齒輪驅動，提供足夠的扭矩。
43、內外軸只有在變幅杆波節處的凸緣相聯接，可以保證主軸運行平穩與機 床的加工精度，與現有技術相比可延長主軸的使用壽命。
本發明安裝在數控銑床上，並使用所配合金剛石刀具，可對硬脆材料進行 高效和高精度切削加工，可在實際生產中得到廣泛的應用。


圖l為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明做詳細說明。
圖1所示，本發明一種壓電式超聲旋轉主軸裝置。它具有主軸、軸套19、 變幅杆l、換能器2與集流裝置3;所述的主軸為內、外複合軸，外軸4為中空 軸，在外軸上裝有支承軸承5，支承軸承由前、後軸承法蘭6壓緊固定在外軸與
所述的軸套19之間；各軸承間設有定位隔套與套筒7;所述的內軸即為所述的
變幅杆與換能器，用螺柱8將變幅杆與換能器連接成一體，並安裝在外軸的內 部；所述的變幅杆設有凸緣部9，由法蘭與螺釘將凸緣部連接在外軸端頭；變幅 杆只有變幅杆波節處的凸緣與外軸相接；在所述的外軸中部還裝有一個驅動齒 輪10，並由驅動齒輪傳遞旋轉動力；所述的集流裝置裝在外軸的尾部，換能器
分別有兩根導線與集流裝置的集流環相連。
所述的集流裝置包括兩個集流環11、彈簧12、電刷座13、電刷14、絕緣
環15、絕緣套16、螺旋壓蓋17與保護罩18;其中
所述的絕緣套裝於外軸的尾部並緊密聯接，兩個集流環又套裝在絕緣套上，
並由絕緣環將兩個集流環分隔開，以免相互碰撞導電；由螺旋壓蓋與外軸以螺 紋連接，通過旋轉螺旋壓蓋把集流環、絕緣環和絕緣套壓緊，並保證集流裝置 一體化與外軸做同步旋轉；電刷座裝在保護罩上，電刷在電刷座中並伸向保護 罩內部，由彈簧緊緊壓向旋轉的集流環，換能器分別有兩根導線與集流環相連， 可以把外部提供的超聲波發生器所產生的高頻振動信號傳遞給旋轉運動的集流 環，然後傳到換能器，並由換能器的壓電晶片產生的軸向超聲振動，經變幅杆
5放大並傳遞到工具頭，用以實現超聲切削。
本發明一種壓電式超聲旋轉主軸裝置安裝在數控銑床上，比普通數控主軸 直徑較大，但是，使用與其它數控主軸沒有任何區別。在數控銑床上金屬銑削
加工中，使用的刀具在頭上鑲有工業鑽石，刀具以20kHz的頻率，以每秒20000 次撞擊工件，在很小的接觸力和較大的進給量的條件下可以切削加工硬脆工件。 同時，刀具可在2000 3000r/min之間旋轉，使工件達到圓滑的效果，同時也 把多餘的材料顆粒從工件上清除掉。
權利要求
1、一種壓電式超聲旋轉主軸裝置，具有主軸、軸套(19)、變幅杆(1)、換能器(2)與集流裝置(3)，所述的集流裝置(3)裝在外軸的尾部，換能器分別有兩根導線與集流裝置的集流環相連；其特徵在於●所述的主軸為內、外複合軸，外軸(4)為中空軸，在外軸上裝有支承軸承(5)，支承軸承由前、後軸承法蘭(6)壓緊固定在外軸與所述的軸套(19)之間；各軸承間設有定位隔套與套筒(7)；●所述的內軸即為所述的變幅杆(1)與換能器(2)，用螺柱(8)將變幅杆與換能器連接成一體，並安裝在外軸的內部；●所述的變幅杆設有凸緣部(9)，由法蘭與螺釘將凸緣部連接在外軸端頭；變幅杆只有變幅杆波節處的凸緣與外軸相接；●在所述的外軸中部還裝有一個驅動齒輪(10)，並由驅動齒輪傳遞旋轉動力。
全文摘要
本發明涉及到一種壓電式超聲旋轉主軸裝置，具有主軸、軸套、變幅杆、換能器與集流裝置，主要特點是主軸為內、外複合軸，外軸為中空軸，在外軸上裝有支承軸承，支承軸承由前、後軸承法蘭壓緊固定在外軸與所述的軸套之間；各軸承間設有定位隔套與套筒；變幅杆設有凸緣部，由法蘭與螺釘將凸緣部連接在外軸端頭；變幅杆只有變幅杆波節處的凸緣與外軸相接；在外軸中部裝有一個驅動齒輪，由驅動齒輪傳遞旋轉動力。外部提供的超聲波發生器產生的高頻振動信號，通過旋轉運動的集流裝置傳遞給換能器，換能器的壓電晶片產生的軸向超聲振動，經變幅杆放大後並作用到工具頭。結構緊湊簡單，易於裝配和維修，超聲能量傳遞效率高，可加工較大尺寸的零件。
文檔編號H02K55/00GK101540540SQ20091007426
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月28日 優先權日2009年4月28日
發明者孫旭東, 全 成, 王建青, 祝錫晶, 邵雲鵬 申請人:中北大學