[发明专利]一种能快速更换声学系统的旋转超声主轴

说明书

技术领域

本发明属于超声振动加工装置技术领域，具体涉及一种可快速更换声学系统的旋转超声主轴。

背景技术

复合材料具有优越的物理性能、化学性能和机械性能，比如高比强度、高比刚度、高比模量、良好的绝缘、隔热、隔音性能，有足够的断裂韧性和耐介质腐蚀等其他性能，在航空、航天、导弹、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且不断地向新的领域扩展。比如，空客A300的复合材料使用量从最初的不到5％，到A380的25％，再到A350XWB的50％以上，波音777的复合材料的使用量占总机身的10％，波音787则达到了50％。作为第四代战机的代表，F22的复合材料使用量高达40％，法国海豚直升机复合材料的覆盖面积占总机的84％。复合材料高强度、高硬度、优越的可设计性等特点为其应用带来了巨大的空间。

目前复合材料的加工大多采用传统的高速数控铣削的加工方法，这种加工方式是用铣刀将需要切除的材料打碎，会产生大量粉尘，造成环境污染，直接危害到工人的身体健康状况。如果加工工艺参数不合理，还会造成零件表面出现毛刺、分层、纤维拔出等，影响加工质量。超声加工是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工的方法，超声声学系统主要由换能器、变幅杆、刀具组成。超声波发生器将电源转换成超声频电振荡信号，换能器将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆将换能器的振动振幅进行放大，变幅杆连接刀具，使刀具振动进行加工。复合材料采用超声加工的方式，可以明显提高加工表面质量、加工精度和加工效率。超声切削主轴是超声加工机床的重要组成部分，用于产生超声频振动和刀具的旋转运动。主轴安装于数控机床上，主轴内部轴套产生旋转运动，安装于主轴内部的声学系统使刀具产生超声频振动，对工具进行振动加工。

中国发明专利CN101249620A“一种直螺纹于锥度复合定位的旋转超声主轴”公开了一种超声主轴，该主轴将换能器通过轴承支撑于外套上，可实现换能器及变幅杆的旋转运动，变幅杆与刀具之间通过直螺纹和锥度复合定位，使得压电晶片产生的超声振动传递至刀具，整个超声主轴结构紧凑。但这种主轴并不能根据使用需求快速更换换能器，而且变幅杆和刀具在加工过程中所受的负载全部作用于换能器，换能器作为电能和机械能的转换环节，其本身并不具备对加工受力负载的承载能力，主轴刚度较差，在加工过程中，加工受力负载将会对声学系统的稳定性造成影响。

中国发明专利CN101369757A“感应式超声电主轴”公开了一种超声主轴，主要由电主轴和超声振动系统组成，两部分之间通过屏蔽环隔离电磁场干扰，电主轴部分产生高速旋转，超声振动系统产生主轴轴向的超声频振动。超声发射器和超声接收器之间通过感应方式传输超声驱动信号，省去了电刷，避免电刷磨损并降低发热量，提高主轴转速。但这种主轴也不能根据使用需求快速更换换能器和变幅杆，而且一旦换能器与变幅杆之间的连接出现故障，不方便及时维修处理，影响生产任务。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可快速更换声学系统的旋转超声主轴，用于复合材料加工，尤其适用于航空航天领域蜂窝材料加工。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种能快速更换声学系统的旋转超声主轴，包括内轴套(20)、外轴套(9)、轴承、伺服电机(1)、传动部件、声学系统信号传输部件、用于提供轴向超声频振动的声学系统和声学系统安装部件，所述内轴套(20)设于外轴套(9)内，所述内轴套(20)与外轴套(9)通过轴承连接，所述伺服电机(1)设于所述外轴套上方，所述伺服电机驱动连接传动部件，所述传动部件连接所述声学系统信号传输部件，所述声学系统信号传输部件连接所述声学系统，所述声学系统安装于所述声学系统安装部件，所述声学系统安装部件安装于内轴套(20)。

进一步的，所述内轴套(20)与外轴套(9)通过一对上下设置的圆锥滚子轴承(18)和一个轴向浮动轴承(12)连接，圆锥滚子轴承(18)之间设有轴承垫环(17)，下端的圆锥滚子轴承(18)通过轴承端盖(22)限位，上端的圆锥滚子轴承(18)通过锁紧螺母(15)压紧；轴向浮动轴承(12)下端采用轴承过渡套(26)限位，上端采用锁紧螺母(15)压紧；所述内轴套(20)设有两个对称的第一方孔(29)，所述外轴套(9)设有两个与第一方孔(29)对应的第二方孔(30)，外轴套(9)上半段设有第三方孔(31)。

进一步的，所述伺服电机(1)通过圆形法兰盘(2)安装于主轴外轴套(9)的端部，圆形法兰盘(2)端面设有凸台配合定位于外轴套(9)。