[发明专利]一种压电式超声旋转主轴装置

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，主要涉及一种用于铣床上的压电式超声旋转主轴装置。

背景技术

现在对于强应力零件的需求一直在增长，在医学技术、光学工业、汽车工业等其他许多行业显得更为重要。这些强应力零件大都使用具有重量轻、抗腐蚀、耐高温和耐磨损等卓越性能的硬脆新型材料，而对于硬脆新型材料使用传统金属切削加工，如用钻石刀具在磨床上加工，对刀具的磨损十分严重，即需要相应的专用机床，而且加工费用非常大。对硬脆材料采用超声加工是一种较理想加工方法。该方法比传统的加工方法具有加工精度和表面光洁度高的优点，而且不受工件材料的电、化学特性限制，不需要工件导电，也不像激光、电火花等特种加工一样给工件带来热损伤和残余应力。目前，在超声波数控铣床切削中，主轴是其主要的部件，现有很多方案，如中国专利号为200680024192.3与200810199000的主轴设计方案中，超声发射器与超声接收器之间通过感应方式传输超声驱动信号，主轴由电机直接驱动。电机提供的扭矩有限，采用电机直接驱动主轴，对电机性能提出更高的要求，也使得这种主轴不适于加工尺寸相对较大的工件，从而使得该产品不能得到广泛应用。在专利200810199000中，由于振动的变幅杆、换能器直接与轴承装配，同样会造成能量损失，而且会对轴承产生不良的影响，加速轴承的报废，从而影响机床的精度。

如中国专利号为200680024192.3与200810199000的主轴设计方案中，采用感应线圈传递超声波信号。这种传递方式中衔铁的设计问题不能得到很好的解决，使得能量在传递过程中损失很大，而且不稳定。因此，只能满足一些小型零件的加工，对于尺寸相对较大的则不能适用。

现有数控铣床旋转超声主轴装置主要存在的不足是结构复杂、维修装配困难、加工成本高、超声能量传递效率较低、设备加工效率较低，因而，在实际生产中并没有得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是克服以上所述现有技术的不足，提供和设计一种结构紧凑简单，易于装配和维修，超声能量传递效率高，可加工较大尺寸的零件，工作安全可靠，并且具有良好经济性的用于铣床上的压电式超声旋转主轴装置。

为了实现上述目的本发明的技术方案是：

一种压电式超声旋转主轴装置，具有主轴、轴套、变幅杆、换能器与集流装置，所述的集流装置装在外轴的尾部，换能器分别有两根导线与集流装置的集流环相连；其特征在于：

●所述的主轴为内、外复合轴，外轴为中空轴，在外轴上装有支承轴承，支承轴承由前、后轴承法兰压紧固定在外轴与所述的轴套之间；各轴承间设有定位隔套与套筒；

●所述的内轴即为所述的变幅杆与换能器，用螺柱将变幅杆与换能器连接成一体，并安装在外轴的内部；

●所述的变幅杆设有凸缘部，由法兰与螺钉将凸缘部连接在外轴端头；变幅杆只有变幅杆波节处的凸缘与外轴相接；

●在所述的外轴中部还装有一个驱动齿轮，并由驱动齿轮传递旋转动力。

外部提供的超声波发生器产生的高频振动信号，通过旋转运动的集流装置传递给换能器，换能器的压电晶片产生的轴向超声振动，经变幅杆放大后并作用到工具头。由于所述内轴与外轴间没有支承，并做同步旋转运动，因而外轴和轴承都没有振动，使整个主轴运动较为平稳。

本发明与现有技术相比较，具有的突出的实质性特点和显著的有益效果是：

1、因集流环半径较小，与电刷的相对运动速度减小，保证电刷的耐磨性，无需在中空的主轴上设计感应线圈的衔铁，并能够从数控主轴的尾部通过集流装置收集到稳定的高频电信号。

2、主轴由内外轴组成，充分利用外轴内部空间，结构紧凑。轴承与无振动的外轴装配，并由齿轮驱动，提供足够的扭矩。

3、内外轴只有在变幅杆波节处的凸缘相联接，可以保证主轴运行平稳与机床的加工精度，与现有技术相比可延长主轴的使用寿命。

本发明安装在数控铣床上，并使用所配合金刚石刀具，可对硬脆材料进行高效和高精度切削加工，可在实际生产中得到广泛的应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细说明。