[发明专利]一种超声扭转振动主轴

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于机床上对工件进行超声波加工的超声振动主轴，属于超声振动主轴技术领域。

背景技术

通过超声波对金属表面加工，具有效率高、成本低、无污染的特点，能够降低金属表面的粗糙度值。可以通过各种超声波加工装置对金属表面加工，也可以通过直接带有超声波振动功能的主轴对金属表面加工。目前出现了各种各样的超声波加工主轴。

中国专利文献CN101369757公开了一种《感应式超声电主轴》，整个超声主轴由两大部分构成，后部分为电主轴，前部分为超声振动系统，两部分之间通过屏蔽环隔离其电磁场干扰，电机使得主轴产生高速旋转，超声振动系统由超声换能器、变幅杆和工具头构成，其产生主轴轴向的超声频振动。

CN101213042公开了一种《超声波加工主轴装置》， 在构成加工主轴的轴的壳体的外周面，卷绕装配有连接于振动器的接收线圈，另一方面，在其周围，隔开适宜的间隔并以同轴状设置有发送线圈，从超声波驱动装置输出的、用于驱动振动器的预定的电信号被施加在发送线圈上，能通过发送线圈和接收线圈间的电磁感应并经接收线圈向振动器施加预定的电信号。

 CN102101179A 公开了一种《旋转超声主轴》，包括有传递轴、后端盖、电刷座、内套、外套、轴承、前端盖、电刷、换能器、变幅杆，外套和内套通过轴承同轴安装，后端盖和前端盖限制轴承的轴向移动，变幅杆安装在内套中间，传递轴通过锥面和键槽与变幅杆连接，在传递扭矩的同时保证传递轴与内套的同轴，跟随内套旋转的电刷座固定在内套上，电刷固定在后端盖上，传递轴与机床主轴连接，加工工具安装在变幅杆下部，其中在换能器或/和变幅杆上设有与内套实现自动对中的带锥面的凸起法兰，换能器或/和变幅杆以其锥面抵住内套内表面阶梯轴过渡处的锥面。

CN101540540公开了一种《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，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；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；在外轴中部装有一个驱动齿轮，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。

但是，上述各种结构形式的超声主轴都是使超声振动系统或装置固定连接在主轴上，超声振动系统或装置中的变幅杆与切削刀具连接，带动切削刀具振动，切削刀具将产生的超声振动作用到工件上实现超声加工，加工过程中不是将振动直接作用在主轴上，主轴只起带动工件旋转的作用，并不参与振动，就像普通车床上的主轴只带动工件转动，而另有车刀车削工件一样。这样在加工时，切削刀具就会受切削参数（如线速度、切削深度和走刀量等）的影响，即受负载的影响，从而在切削加工时，工件不会得到稳定、连续的振动，严重影响超声波加工质量，使得超声加工效果不理想。

发明内容

本发明针对现有用于超声波加工的主轴结构所存在的问题，提供一种不受负载特性影响、可获得高质量的加工表面的超声扭转振动主轴。

本发明的超声扭转振动主轴，采用以下技术方案：

该超声扭转振动主轴，包括主轴和变幅杆；变幅杆设置在主轴的后端，变幅杆的后部连接有换能器，变幅杆的前部与主轴的后部活动地插接在一起，并使两者一起转动，变幅杆前部与主轴后部之间的配合间隙小于变幅杆的振幅。

变幅杆的前部与主轴的后部活动地插接在一起的结构可有以下几种形式：

1.变幅杆的前部呈扁平状，而在主轴的后端开有一与变幅杆的扁平前部相配合的槽，变幅杆扁平前部插入主轴后端的槽中。

2.变幅杆的前部与主轴后部是花键连接，具体可将变幅杆的前部加工成花键轴，而在主轴后部加工花键内孔，将变幅杆前部的花键轴插入主轴后部的花键孔。

3.变幅杆的前部截面加工成多边形，而主轴后部加工出与该多边形相配合的多边形内孔，变幅杆多边形前部插入主轴后部的多边形内孔中。

4.变幅杆的前部截面与主轴后部的内孔是其它任意能够相配合的形状，如半圆形、椭圆形等。