專利名稱：一種感應(yīng)式超聲電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲主軸，更具體地說本實(shí)用新型涉及一種感應(yīng)式超聲電 主軸。
背景技術(shù)：
超聲復(fù)合加工技術(shù)是最適合加工硬脆材料的加工方法之一，而超聲主軸是 超聲復(fù)合加工機(jī)床的關(guān)鍵核心部件，傳統(tǒng)的超聲主軸一般都是采用電刷進(jìn)電方 式，其發(fā)熱、磨損、低精度等一系列問題使得超聲復(fù)合加工很難推廣于實(shí)際生 產(chǎn)?，F(xiàn)有機(jī)床大部分都是采用獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)超聲主軸，其動(dòng)力傳動(dòng)環(huán)節(jié)多、轉(zhuǎn) 速較低、體積龐大、可靠性低等缺陷。
本實(shí)用新型結(jié)合電主軸和超聲主軸的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)將感應(yīng)式傳輸應(yīng)用于超聲 主軸進(jìn)電環(huán)節(jié)，提出一種感應(yīng)式超聲電主軸。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種緊湊型、高轉(zhuǎn)速、高 剛度及高精度的感應(yīng)式超聲電主軸。
本實(shí)用新型的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型的感應(yīng)式超聲電主軸包括兩部分，后部分為電主軸，其保證主 軸高速平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)，前部分為超聲主軸，其采用感應(yīng)傳輸方式，保證主軸的軸 向超聲頻振動(dòng)。
所述電機(jī)定子外部和超聲發(fā)射器外部套裝有封水蓋，冷卻水通過后端蓋上 設(shè)有的進(jìn)水管接口進(jìn)入冷卻環(huán)形槽，然后再流經(jīng)后端蓋上的出水接口，以降低 主軸的溫度。
所述電機(jī)與超聲信號(hào)傳輸系統(tǒng)之間設(shè)有屏蔽環(huán)，其可隔離兩者之間的電磁 場(chǎng)的干擾。所述超聲發(fā)射器與超聲接收器之間的信號(hào)傳輸為電磁感應(yīng)式傳輸。即超聲 發(fā)射和接收系統(tǒng)部分分別裝設(shè)有一磁芯，兩磁芯間具有一定的微小間隙，可實(shí) 現(xiàn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)，通過磁芯間的電磁能的傳輸以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)從殼體以非接觸方式 傳輸至旋轉(zhuǎn)主軸上。
所述超聲振動(dòng)部分包括超聲換能器、變幅桿和工具頭，前軸承的支撐位置 應(yīng)該位于超聲振動(dòng)系統(tǒng)的波節(jié)處，以降低振動(dòng)。超聲振動(dòng)系統(tǒng)有一些點(diǎn)始終保 持不動(dòng)，這些不動(dòng)的點(diǎn)稱為波節(jié)。
本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案是 一種感應(yīng)式超聲電主軸，它包括兩部分， 后部分為電主軸，前部分為超聲振動(dòng)系統(tǒng)；所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲換能器、 變幅桿和工具頭,超聲振動(dòng)系統(tǒng)的超聲換能器裝設(shè)于變幅桿的后端，變幅桿的前 端安裝有工具頭，超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝設(shè)于中軸承前部；主軸由前軸承、中軸承及 后軸承支承，上述三個(gè)軸承分別裝設(shè)于殼體上；所述前軸承裝設(shè)于殼體前端， 中軸承裝設(shè)于殼體中部，后軸承裝設(shè)于殼體后部；電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、超聲 發(fā)射器和超聲接收器裝設(shè)于中軸承和后軸承之間，其中電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子成 對(duì)組合裝設(shè)于主軸的后端，超聲發(fā)射器和超聲接收器成對(duì)組合裝設(shè)于主軸的中 端；上述的電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子與超聲發(fā)射器和超聲接收器之間安裝屏蔽環(huán)將 兩者分隔。
所述殼體前部安裝前端蓋，后部安裝后端蓋，后端蓋上安裝有電源接頭和 進(jìn)出水管接頭，進(jìn)出水管接頭連接冷卻水道。
所述電機(jī)定子外部和超聲發(fā)射器外部分別套裝有封水蓋，封水蓋連通冷卻 水道，冷卻水通過后端蓋上的進(jìn)水管接頭進(jìn)入環(huán)形的冷卻水道，然后再流經(jīng)后 端蓋上的出水接頭。
所述超聲發(fā)射器與超聲接收器之間的信號(hào)傳輸為電磁感應(yīng)式傳輸。
所述前軸承的支撐位置位于超聲振動(dòng)系統(tǒng)的波節(jié)處。
所述后軸承與主軸之間安裝有后軸套。
4與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型的感應(yīng)式超聲 電主軸是將超聲振動(dòng)附加到電主軸上的一種結(jié)構(gòu)，且超聲信號(hào)的傳輸釆用的是 感應(yīng)傳輸方式，該結(jié)構(gòu)使得主軸具有高轉(zhuǎn)速、高剛度、高旋轉(zhuǎn)精度等高性能。 把超聲振動(dòng)和電主軸設(shè)計(jì)為一體化，主軸的可靠性得到很大提高。釆用屏蔽環(huán) 可實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)信號(hào)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的電磁場(chǎng)屏蔽，主軸可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。


圖l是本實(shí)用新型的感應(yīng)式超聲電主軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)-工具頭，2-變幅桿，3-前端蓋，4-前軸承，5-超聲換能器，6-殼 體，7-中軸承，8-超聲發(fā)射器，9,9'-封水蓋，10-超聲接收器，11,11'-冷卻 水道，12-屏蔽環(huán)，13-電機(jī)定子，14-電機(jī)轉(zhuǎn)子，15-后軸套，16-后軸承，17-后端蓋，18， 18'-進(jìn)水管接頭，19-電源接頭，20-出水管接頭，21-主軸。
具體實(shí)施方式
在圖1所示的本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)示意圖中，包括主軸21、殼體6、前 軸承4、中軸承7、后軸承16、電機(jī)轉(zhuǎn)子14、電機(jī)定子13、屏蔽環(huán)12、超聲換 能器5、變幅桿2、工具頭l、超聲發(fā)射器8及超聲接收器10等部分。整個(gè)主 軸分為前后兩部分，前部分為超聲振動(dòng)系統(tǒng)，后部分為電主軸部分。前端蓋3、 前軸承4、中軸承7、超聲發(fā)射器8、封水蓋9、屏蔽環(huán)12、電機(jī)定子13、封水 蓋9、 9'、后軸承16及后端蓋17裝設(shè)于殼體6上，電機(jī)與超聲信號(hào)傳輸系統(tǒng) 之間設(shè)有屏蔽環(huán)，以隔離兩者之間的電磁場(chǎng)干擾。主軸最后端套裝有后軸套15, 后軸承16和后軸套15的作用主要用于提供主軸的后支承，防止主軸后端傾斜， 提高主軸的徑向承載能力和剛度。超聲信號(hào)傳輸系統(tǒng)由超聲發(fā)射器8和超聲接 收器10組成，兩者間通過電磁感應(yīng)方式傳輸超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其屬于非接觸式傳
5輸，感應(yīng)傳輸方式可省去電刷，避免電刷的磨損及過熱現(xiàn)象，同時(shí)提高主軸旋
轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)速。電機(jī)定子13外套裝有封水蓋9',封水蓋9'通過冷卻水道11'，再通過進(jìn)水管接頭18'、出水管接頭20與供水系統(tǒng)相連。同樣，超聲發(fā)射器8外套裝有封水蓋9，封水蓋9通過冷卻水道11，再通過進(jìn)水管接頭18、出水管接頭20與供水系統(tǒng)相連。在主軸中部裝設(shè)有中軸承7，中軸承7可防止主軸21的彎曲變形，提高主軸21的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。超聲振動(dòng)系統(tǒng)由超聲換能器5、變幅桿2和工具頭1三部分構(gòu)成，超聲換能器5的主要功能是把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，變幅桿2的主要功能是放大超聲振動(dòng)的振幅，工具頭1的主要功能是用來進(jìn)行超聲復(fù)合加工，整個(gè)超聲振動(dòng)系統(tǒng)在加工過程中應(yīng)始終保持諧振狀態(tài)。前軸承4裝設(shè)于超聲振動(dòng)系統(tǒng)的波節(jié)處(振動(dòng)最小)，避免超聲振動(dòng)傳遞至前軸承4和殼體6上。前端蓋3用于阻擋加工時(shí)所產(chǎn)生的鐵屑和冷卻液進(jìn)入超聲電主軸內(nèi)，后端蓋17通過螺釘裝設(shè)于殼體6后端部，后端蓋17上裝設(shè)有進(jìn)水管接頭18， 18'、出水管接頭20和電源接頭19,進(jìn)水管接頭18， 18'及出水管接頭20與供水系統(tǒng)相連，電源接頭19與超聲電源相連。
權(quán)利要求1. 一種感應(yīng)式超聲電主軸，其特征在于它包括兩部分，后部分為電主軸，前部分為超聲振動(dòng)系統(tǒng)；所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲換能器、變幅桿和工具頭，超聲振動(dòng)系統(tǒng)的超聲換能器裝設(shè)于變幅桿的后端，變幅桿的前端安裝有工具頭，超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝設(shè)于中軸承前部；主軸由前軸承、中軸承及后軸承支承，上述三個(gè)軸承分別裝設(shè)于殼體上；所述前軸承裝設(shè)于殼體前端，中軸承裝設(shè)于殼體中部，后軸承裝設(shè)于殼體后部；電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、超聲發(fā)射器和超聲接收器裝設(shè)于中軸承和后軸承之間，其中電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子成對(duì)組合裝設(shè)于主軸的后端，超聲發(fā)射器和超聲接收器成對(duì)組合裝設(shè)于主軸的中端；上述的電機(jī)定子和電機(jī)轉(zhuǎn)子與超聲發(fā)射器和超聲接收器之間安裝屏蔽環(huán)將兩者分隔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的感應(yīng)式超聲電主軸，其特征在于所述殼體前部 安裝前端蓋，后部安裝后端蓋，后端蓋上安裝有電源接頭和進(jìn)出水管接頭，進(jìn) 出水管接頭連接冷卻水道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的感應(yīng)式超聲電主軸，其特征在于所述電機(jī)定子 外部和超聲發(fā)射器外部分別套裝有封水蓋，封水蓋連通冷卻水道，冷卻水通過 后端蓋上的進(jìn)水管接頭進(jìn)入環(huán)形的冷卻水道，然后再流經(jīng)后端蓋上的出水接頭。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式超聲電主軸，其特征在于所述超聲發(fā)射 器與超聲接收器之間的信號(hào)傳輸為電磁感應(yīng)式傳輸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的感應(yīng)式超聲電主軸，其特征在于所述前軸承的支撐位置位于超聲振動(dòng)系統(tǒng)的波節(jié)處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的感應(yīng)式超聲電主軸，其特征在于所述后軸承與 主軸之間安裝有后軸套。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種感應(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)；超聲發(fā)射器與超聲接收器之間通過感應(yīng)方式傳輸超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)，此非接觸式傳輸信號(hào)可省去電刷、避免電刷磨損、降低發(fā)熱及大幅提高主軸轉(zhuǎn)速；主軸由前軸承、中軸承及后軸承三個(gè)軸承進(jìn)行支承，該方式可提高主軸剛度和旋轉(zhuǎn)精度，前軸承支承于超聲振動(dòng)系統(tǒng)波節(jié)處，可降低振動(dòng)；在電機(jī)和超聲信號(hào)傳輸系統(tǒng)外都套裝有封水蓋，冷卻水可使主軸始終保持在正常使用溫度。
文檔編號(hào)B28D5/04GK201287404SQ200820201548
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者劉曉寧, 唐勇軍, 張永俊, 郭鐘寧 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)