專利名稱:一種超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行超聲波加工的超聲振動(dòng)主軸,屬于超聲振動(dòng)主軸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
通過超聲波對(duì)金屬表面加工,具有效率高、成本低、無污染的特點(diǎn),能夠降低金屬表面的粗糙度值??梢酝ㄟ^各種超聲波加工裝置對(duì)金屬表面加工,也可以通過直接帶有超聲波振動(dòng)功能的主軸對(duì)金屬表面加工。目前出現(xiàn)了各種各樣的超聲波加工主軸。中國專利文獻(xiàn)CN101369757公開了一種《感應(yīng)式超聲電主軸》,整個(gè)超聲主軸由兩 大部分構(gòu)成,后部分為電主軸,前部分為超聲振動(dòng)系統(tǒng),兩部分之間通過屏蔽環(huán)隔離其電磁場(chǎng)干擾,電機(jī)使得主軸產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn),超聲振動(dòng)系統(tǒng)由超聲換能器、變幅桿和工具頭構(gòu)成,其產(chǎn)生主軸軸向的超聲頻振動(dòng)。CN101213042公開了一種《超聲波加工主軸裝置》,在構(gòu)成加工主軸的軸的殼體的外周面,卷繞裝配有連接于振動(dòng)器的接收線圈,另一方面,在其周圍,隔開適宜的間隔并以同軸狀設(shè)置有發(fā)送線圈,從超聲波驅(qū)動(dòng)裝置輸出的、用于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器的預(yù)定的電信號(hào)被施加在發(fā)送線圈上,能通過發(fā)送線圈和接收線圈間的電磁感應(yīng)并經(jīng)接收線圈向振動(dòng)器施加預(yù)定的電信號(hào)。CN102101179A公開了一種《旋轉(zhuǎn)超聲主軸》,包括有傳遞軸、后端蓋、電刷座、內(nèi)套、外套、軸承、前端蓋、電刷、換能器、變幅桿,外套和內(nèi)套通過軸承同軸安裝,后端蓋和前端蓋限制軸承的軸向移動(dòng),變幅桿安裝在內(nèi)套中間,傳遞軸通過錐面和鍵槽與變幅桿連接,在傳遞扭矩的同時(shí)保證傳遞軸與內(nèi)套的同軸,跟隨內(nèi)套旋轉(zhuǎn)的電刷座固定在內(nèi)套上,電刷固定在后端蓋上,傳遞軸與機(jī)床主軸連接,加工工具安裝在變幅桿下部,其中在換能器或/和變幅桿上設(shè)有與內(nèi)套實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中的帶錐面的凸起法蘭,換能器或/和變幅桿以其錐面抵住內(nèi)套內(nèi)表面階梯軸過渡處的錐面。CN101540540公開了一種《壓電式超聲旋轉(zhuǎn)主軸裝置》,具有主軸、軸套、變幅桿、換能器與集流裝置,主軸為內(nèi)、外復(fù)合軸,外軸為中空軸,在外軸上裝有支承軸承,支承軸承由前、后軸承法蘭壓緊固定在外軸與所述的軸套之間;各軸承間設(shè)有定位隔套與套筒;變幅桿設(shè)有凸緣部,由法蘭與螺釘將凸緣部連接在外軸端頭;變幅桿只有變幅桿波節(jié)處的凸緣與外軸相接;在外軸中部裝有一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪,由驅(qū)動(dòng)齒輪傳遞旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。外部提供的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻振動(dòng)信號(hào),通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的集流裝置傳遞給換能器,換能器的壓電晶片產(chǎn)生的軸向超聲振動(dòng),經(jīng)變幅桿放大后并作用到工具頭。但是,上述各種結(jié)構(gòu)形式的超聲主軸都是使超聲振動(dòng)系統(tǒng)或裝置固定連接在主軸上,超聲振動(dòng)系統(tǒng)或裝置中的變幅桿與切削刀具連接,帶動(dòng)切削刀具振動(dòng),切削刀具將產(chǎn)生的超聲振動(dòng)作用到工件上實(shí)現(xiàn)超聲加工,加工過程中不是將振動(dòng)直接作用在主軸上,主軸只起帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的作用,并不參與振動(dòng),就像普通車床上的主軸只帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng),而另有車刀車削工件一樣。這樣在加工時(shí),切削刀具就會(huì)受切削參數(shù)(如線速度、切削深度和走刀量等)的影響,即受負(fù)載的影響,從而在切削加工時(shí),工件不會(huì)得到穩(wěn)定、連續(xù)的振動(dòng),嚴(yán)重影響超聲波加工質(zhì)量,使得超聲加工效果不理想。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有用于超聲波加工的主軸結(jié)構(gòu)所存在的問題,提供一種不受負(fù)載特性影響、可獲得高質(zhì)量的加工表面的超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主軸。本發(fā)明的超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主軸,采用以下技術(shù)方案
該超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主軸,包括主軸和變幅桿;變幅桿設(shè)置在主軸的后端,變幅桿的后部連接有換能器,變幅桿的前部與主軸的后部活動(dòng)地插接在一起,并使兩者一起轉(zhuǎn)動(dòng),變幅桿前部與主軸后部之間的配合間隙小于變幅桿的振幅。變幅桿的前部與主軸的后部活動(dòng)地插接在一起的結(jié)構(gòu)可有以下幾種形式
I.變幅桿的前部呈扁平狀,而在主軸的后端開有一與變幅桿的扁平前部相配合的槽,變幅桿扁平前部插入主軸后端的槽中。2.變幅桿的前部與主軸后部是花鍵連接,具體可將變幅桿的前部加工成花鍵軸,而在主軸后部加工花鍵內(nèi)孔,將變幅桿前部的花鍵軸插入主軸后部的花鍵孔。3.變幅桿的前部截面加工成多邊形,而主軸后部加工出與該多邊形相配合的多邊形內(nèi)孔,變幅桿多邊形前部插入主軸后部的多邊形內(nèi)孔中。4.變幅桿的前部截面與主軸后部的內(nèi)孔是其它任意能夠相配合的形狀,如半圓形、橢圓形等。本發(fā)明中變幅桿與主軸之間不是固定連接,而是變幅桿前端與主軸后端通過插接方式的活動(dòng)連接,兩者之間的配合間隙小于變幅桿的振幅,變幅桿以高頻產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng),將振動(dòng)傳遞給主軸,驅(qū)動(dòng)主軸以同樣的頻率產(chǎn)生微小的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),這樣就使得變幅桿的振幅不受主軸所帶工件或切削刀具的影響,即不受負(fù)載的影響,從而在切削加工時(shí)獲得高質(zhì)量的加工表面。
圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是變幅桿與主軸連接的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是變幅桿與主軸連接的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是變幅桿與主軸連接的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是變幅桿與主軸連接的第四種結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、主軸箱體,2、主軸,3、槽,4、變幅桿,5、保護(hù)套,6、電刷座,7、彈簧,8、電刷,9、螺旋壓蓋,10、換能器,11、絕緣環(huán),12、集流環(huán),13、絕緣套,14、連接套,15、變幅桿法蘭,16、變幅桿前部。
具體實(shí)施例方式如圖I和圖2所示,本發(fā)明的超聲旋轉(zhuǎn)主軸主要包括主軸2和變幅桿4。主軸2的后端連接有一個(gè)連接套14,可以通過在連接套14的前部設(shè)置內(nèi)孔或止口與主軸的后端外圓或端面定位并將兩者固定連接為一體。變幅桿4通過其上的變幅桿法蘭15固定安裝在連接套14的內(nèi)孔中的臺(tái)階上,變幅桿4的后部連接換能器10,變幅桿4和換能器10由連接套14的內(nèi)孔后端裝入,然后通過螺旋壓蓋9將連接套14的內(nèi)孔堵住。在連接套14的外部套裝有一個(gè)保護(hù)套5,該保護(hù)套5可以通過定位銷和螺栓固定安裝在主軸箱體I上。變幅桿前部16活動(dòng)地與主軸后部插接在一起,主軸能夠帶動(dòng)變幅桿一起轉(zhuǎn)動(dòng),兩者之間的配合間隙很小,小于變幅桿4的振幅。為了使換能器10與外部的電源連接,在連接套14上設(shè)置有電源連接裝置,該裝置包括設(shè)置在連接套14上的絕緣套13和套在絕緣套13上的兩個(gè)集流環(huán)12,兩個(gè)集流環(huán)12之間隔有絕緣環(huán)11,兩個(gè)集流環(huán)12與換能器10連接有電線。同時(shí)兩個(gè)集流環(huán)12各自與一個(gè)電刷8接觸,兩個(gè)電刷8安裝在電刷座6中的電刷孔中,電刷8通過彈簧7與集流環(huán)12實(shí)現(xiàn)緊密接觸。兩個(gè)電刷8分別與外部電源線連接。在連接套14的外部套裝有一個(gè)保護(hù)套5,電刷座6安裝在該保護(hù)套5上。這樣在連接套14隨主軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)中,通過電刷8使換能器10得到持續(xù)不斷的供電。換能器10與外部的電源連接裝置的結(jié)構(gòu),也可以采用中國專利文獻(xiàn)CN101369757公開的《感應(yīng)式供電裝置》中的電源連接結(jié)構(gòu)。 變幅桿前部16與主軸后部的插接結(jié)構(gòu),可以有以下幾種形式
I.如圖2所示,變幅桿前部16呈扁平狀,而在主軸2的后端開有一與變幅桿扁平前部相配合的槽3,變幅桿扁平前部插入主軸后端的槽中。變幅桿扁平前部與主軸后端槽3之間的配合間隙小于變幅桿4的振幅。2.如圖3所示,變幅桿前部16與主軸后部是花鍵連接,可將變幅桿前部16加工成花鍵軸,而在主軸后部加工花鍵內(nèi)孔,將變幅桿前部的花鍵軸插入主軸后部的花鍵孔,花鍵軸與花鍵孔的配合間隙小于變幅桿4的振幅。3.如圖4所示,變幅桿前部16的截面加工成三角形、四邊形、五邊形等多邊形(圖4中為四邊形),而主軸后部加工出與該多邊形變幅桿前部相配合的多邊形內(nèi)孔,變幅桿的多邊形前部插入主軸后部的多邊形內(nèi)孔中。變幅桿的多邊形截面與主軸的多邊形內(nèi)孔的配合間隙小于變幅桿4的振幅。4.如圖5所示,變幅桿的前部截面呈半圓形,而主軸后部加工出半圓形內(nèi)孔,變幅桿的半圓形前部插入主軸后部的半圓形內(nèi)孔中,變幅桿的半圓形截面與主軸的半圓形內(nèi)孔的配合間隙小于變幅桿4的振幅。半圓形也可以是橢圓形等其它任意的形狀。本發(fā)明的上述超聲旋轉(zhuǎn)主軸中變幅桿4與主軸2的連接方式,不是采用的直接固定連接關(guān)系,而是使變幅桿4與主軸2活動(dòng)地插接在一起,且兩者之間的配合間隙小于變幅桿4的振幅,主軸2能夠帶動(dòng)變幅桿4旋轉(zhuǎn),這樣當(dāng)變幅桿以高頻產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí),就會(huì)驅(qū)動(dòng)主軸2以同樣的頻率產(chǎn)生微小的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),且此振幅不受主軸2所帶工件或切削刀具的影響,即不受負(fù)載特性的影響,從而在切削加工時(shí),獲得高質(zhì)量的加工表面。本發(fā)明的這一結(jié)構(gòu)原理與現(xiàn)有技術(shù)是完全不同的,現(xiàn)有技術(shù)中主軸是不參與振動(dòng)的,所以超聲波振動(dòng)受負(fù)載影響,而本發(fā)明則完全避免了這一問題。本發(fā)明的上述超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主軸可適用于車床、銑床或鉆床等機(jī)床的主軸。
權(quán)利要求
1.一種超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主軸,包括主軸和變幅桿;其特征是變幅桿設(shè)置在主軸的后端,變幅桿的后部連接有換能器,變幅桿的前部與主軸的后部活動(dòng)地插接在一起,并使兩者一起轉(zhuǎn)動(dòng),變幅桿前部與主軸后部之間的配合間隙小于變幅桿的振幅。
全文摘要
一種超聲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主軸,包括主軸和變幅桿;變幅桿設(shè)置在主軸的后端,變幅桿的后部連接有換能器,變幅桿的前部與主軸的后部活動(dòng)地插接在一起,并使兩者一起轉(zhuǎn)動(dòng),變幅桿前部與主軸后部之間的配合間隙小于變幅桿的振幅。本發(fā)明中變幅桿與主軸之間不是固定連接,而是變幅桿前端與主軸后端通過插接方式的活動(dòng)連接,兩者之間的配合間隙小于變幅桿的振幅,變幅桿以高頻產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng),將振動(dòng)傳遞給主軸,驅(qū)動(dòng)主軸以同樣的頻率產(chǎn)生微小的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),這樣就使得變幅桿的振幅不受主軸所帶工件或切削刀具的影響,即不受負(fù)載的影響,從而在切削加工時(shí)獲得高質(zhì)量的加工表面。
文檔編號(hào)B23B19/02GK102825270SQ20121035555
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者趙顯華 申請(qǐng)人:趙顯華