[发明专利]一种直螺纹与锥度复合定位的旋转超声主轴

说明书

技术领域

本发明涉及超声主轴，更具体地说本发明涉及一种应用于超声磨削复合加工的旋转超声主轴。

背景技术

超声磨削加工技术是适合于加工硬脆材料的最具潜力的加工技术之一，且硬脆材料的新种类越来越多，应用也越来越广泛。而旋转超声主轴是超声磨削加工机床的关键部件之一，现有的超声机床一般都是在普通机床的主轴上附加一个简易超声头，其具有装置庞大、精度差、转速低等缺陷，且此方式会导致超声振动回传至床身，加工精度低，工件质量差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种紧凑型、高精度、高刚度、直螺纹与锥度复合定位的超声主轴。

本发明的目的通过下述方案实现。

一种直螺纹与锥度复合定位的旋转超声主轴，包括换能器、变幅杆和工具头，换能器由后匹配块、压电晶片和前匹配块通过螺栓连接，且换能器、变幅杆和工具头连接并通过轴承支撑于外套上，可实现高速旋转，其特殊之处在于变幅杆与工具头之间通过直螺纹与锥度复合定位方式，该方式可使得压电晶片产生的超声振动传递至工具头，同时避免纵向的振动回传至主轴轴承，并保证机床的高刚度和良好的抗振性，且该方式可使得整个超声主轴结构紧凑、旋转精度高。

所述的工具头一端通过电镀、焊接等方式镀附一层耐磨、高硬度材料，如镀附一层金刚石材料；工具头另一端为锥形与直螺纹复合型，且锥面的锥度可调整，必须保证超声振动可高效传递至工具端部。

所述的变幅杆一端具有内锥面和内直螺纹，且与工具头的外锥面和外直螺纹相吻合，保证工具头与变幅杆间的良好连接，声阻抗小。

所述的后匹配块、压电晶片和前匹配块三部分通过螺栓连接，螺栓与压电晶片之间需绝缘，且须避免压电晶片承受转矩，以免对压电晶片产生破坏。

所述的旋转部分与外套间通过上下轴承支撑，以保证整个超声主轴的旋转精度。

所述的旋转超声振子驱动电信号的加载通过耐磨电刷实现，其可保证超声主轴在高速旋转情况下驱动信号加载的可靠性，。

所述的整个超声主轴的转动通过驱动轴带动，驱动轴通过皮带、同步带、弹性连轴器等与电机相连。

本发明的工作原理如下：

换能器在高频超声信号的驱动下，将超声频振动通过变幅杆、工具头放大，振幅达到0.01～0.1mm，对工件产生高频强烈冲击，且超声主轴同时实现高速旋转，对工件产生一种超声磨削复合加工工艺。超声磨削复合加工技术是在磨削加工中引入超声振动，借助超声振动的作用去除工件上的被加工材料，超声振动可以强化和改善磨削加工效果。其主要表现为：不但保留了磨削加工的特性，还可大幅度提高加工效率(加工速度达到普通磨削的3～5倍)，减小切屑的变形量，降低切削力，排屑通畅；同时有效改善工件表面质量(工件表面光洁度可达到Ra＜0.2μm)，力度和热负荷小，有利于保护工件和刀具(刀具损耗降低到普通磨削的1/2)，降低加工成本，其非常适合于硬脆材料的加工。

本发明的有益效果是变幅杆与工具头之间通过直螺纹与锥度复合定位方式，使得压电晶片产生的超声振动传递至工具头，同时避免纵向的振动回传至主轴轴承，并保证机床的高刚度和良好的抗振性，该方式可使得整个超声主轴结构紧凑、旋转精度高。利用该旋转超声主轴进行超声磨削复合加工，其加工效率可达到普通磨削的3～5倍，大大改善超声磨削加工性能，有利于保护工件和刀具。

附图说明：

图1是本发明的具体实施方式示意图。

图2是本发明的变幅杆与工具头间直螺纹与锥度复合定位第一种具体实施方式示意图。

图3是本发明的变幅杆与工具头间直螺纹与锥度复合定位第二种具体实施方式示意图。

图中：1-工具头，2，2’-定位锥度，3，3’-直螺纹，4-轴承，5-压电晶片，6-螺钉，7-后匹配块，8-驱动轴，9-上盖，10-轴承，11-螺栓，12-电刷，13-外套，14-前匹配块，15-变幅杆。

具体实施方式