CN102989653A

CN102989653A - 超音波加工装置

Info

Publication number: CN102989653A
Application number: CN 201110275436
Authority: CN
Inventors: 邱正雄
Original assignee: Lapidary & Sonic Enterprises Co Ltd; ARIX CNC MACHINES Co Ltd
Current assignee: Lapidary & Sonic Enterprises Co Ltd; ARIX CNC MACHINES Co Ltd
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-03-27

Abstract

一种超音波加工装置，包含：一个固定单元、一个旋转单元，及一个振动单元。该固定单元包括一个轴座，及至少一个安装在该轴座内的碳刷。该旋转单元包括一个可旋转地安装在该轴座内的套筒。该振动单元包括一个安装在该套筒内的底座、一个安装在该底座内的超音波头，及一个安装在该底座上且电连接该碳刷的导电环，该超音波头具有一个缩束的小径段，该导电环位在该小径段外围且转动接触该碳刷，以通电使该超音波头产生振动。上述设计可缩小该导电环的直径，减少对碳刷的磨损，以延长使用寿命。

Description

超音波加工装置

技术领域

本发明涉及一种加工装置，特别是涉及一种具有超音波振动功能的超音波加工装置。

背景技术

一种已知的超音波加工装置(Ultrasonic Machining，USM)，是将超音波振动单元安装在旋转主轴上，使得超音波所产生的振动传递到刀具上，让刀具兼具有高速旋转及超音波振动等功能，可用以进行各种研磨或切削加工，而且特别适用于硬脆材料的精密加工。

参阅图1，为美国第US 5,140,773号专利所公开的一种已知的超音波加工装置1，包含：一个固定单元11、一个可转动地安装在该固定单元11中的旋转单元12，及一个安装在该旋转单元12中且能产生振动的超音波头13。

该固定单元11包括一个中空且安装在一加工机械(图未示)上的外壳111、一个安装在该外壳111底部且中空的轴座112，及两个分别安装在该轴座112内的碳刷113。该轴座112具有一个顶底连通的通槽114。所述碳刷113位于该通槽114内，且电连接一电源。

该旋转单元12包括一个中空且可旋转地轴向安装在该外壳111中的主轴121、一个安装在该主轴121底部的套筒122、一个套置在该套筒122外围的绝缘体123，及两个上下间隔地安装在该绝缘体123外围且电连接该碳刷113的导电环124。该套筒122具有一个安装在该主轴121底部的衔接段125、一个由该衔接段125往下伸入该轴座112的通槽114内且供该绝缘体123套置的容装段126，及一个由底侧中央往上凹陷的容槽127。

该超音波头13安装于该旋转单元12的套筒122内，且随着该套筒122一起旋转，并包括一个安装在该套筒122的容槽127内且往下突伸出轴座112的振动本体131，及数个安装在该振动本体131上且电连接该导电环124的压晶体管132。该振动本体131的缩束底部用于供一支刀具14安装。

使用时，该主轴121被一个马达(图未示)驱动，而带动该套筒122、该绝缘体123及该导电环124，并连动该超音波头13及刀具14一起快速旋转。同时电源供电至所述碳刷113，经转动中的导电环124接触所述碳刷113，而将电能导引至所述压晶体管132，令该振动本体131及刀具14产生超音波振动。

虽然，上述超音波加工装置1以电刷113做为电源接点，用于电连接高速旋转的导电环124，然而由于该导电环124是设置在该套筒122上，而非直接安装在外径小于该套筒122的超音波头13上，导致该导电环124的直径很大，所以在转动接触所述碳刷113时，容易加速磨损所述碳刷113，不但会影响导电良率，更会造成碳刷113的使用寿命大幅降低。而为了避免碳刷113所受到的磨损过剧，便须限制主轴121的转动速度，使得主轴121的转动不能太快，如此一来，不但该超音波加工装置1的加工功能受到影响，也无法使用于高速加工机械中，且其使用范围也会受到限制。

再者，该超音波头13在高速旋转及超音波振动下，所述压晶体管132容易生热而使温度升高，此时不但会使该超音波头13的导电振动性能及振动频率受到影响，且构件易受热变形，加工精度与加工效果不佳。

此外，欲组装或更换刀具14时，需要将该轴座112、该套筒122连同该超音波头13一起拆下，然而由于碳刷113连接有导线，并无法完全脱离加工机械，而且受限于导线长度，所以拆卸该轴座112、该套筒122及该超音波头13时，也只能在加工机械处组装或更换刀具14，因此该超音波加工装置1在组装及拆卸上较不容易。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超音波加工装置，可以减少导电环与碳刷间的磨损，用以延长超音波加工装置的使用寿命，另外，该超音波加工装置还具有冷却及润滑效果。

本发明超音波加工装置，包含：一个固定单元、一个可转动地安装在该固定单元中的旋转单元，以及一个安装于该旋转单元且随其一起旋转的振动单元，该固定单元包括一个中空的轴座，及至少一个安装在该轴座内且能通电的碳刷，该旋转单元包括一个可旋转地安装在该轴座内且中空的套筒，该振动单元包括一个安装在该套筒内且中空的底座、一个安装在该底座内的超音波头，及一个安装在该底座上且电连接该碳刷的导电环，该超音波头具有一个大径段，及一个由该大径段往下缩束延伸的小径段，该导电环是对应位在该小径段外围且接触于该碳刷。

本发明所述超音波加工装置，该超音波头还具有一个轴向安装在该底座内且往下突伸的振动本体，及数个安装在该振动本体上且电连接该导电环的压晶体管，该振动本体具有一个轴向通过所述压晶体管且供冷却液体流通的冷却通道。

本发明所述超音波加工装置，该超音波加工装置还包含一个固定安装在该固定单元的接线单元，该接线单元包括一个第一接线座、一个固定安装于该固定单元且对应位在该第一接线座下方的第二接线座、一个安装于该第一接线座底部的第一电极、一条用于电连接该第一电极与一电源的电线，及一个安装于该第二接线座顶部并电连接该碳刷的一导线的第二电极，第一电极与第二电极可进行电力传输，该第一接线座具有一个由第一电极连通至一外侧且供电线穿伸通过的第一通道，该第二接线座具有一个由第二电极连通至该轴座且供该碳刷的导线穿伸通过的第二通道。

本发明所述超音波加工装置，该底座具有一个设置在该超音波头的小径段与该导电环间的绝缘体，且该超音波头的压晶体管是对应位于该大径段。

本发明所述超音波加工装置，该底座还具有一个中空且套置在该超音波头的大径段外围的上环圈，及一个由该上环圈周缘往下缩束延伸且套置在该超音波头的小径段外围的下环圈，该绝缘体是螺接于该下环圈外围且供该导电环套置安装。

本发明所述超音波加工装置，该轴座具有一个连通至顶面的上通槽，及一个由该上通槽连通至底面且直径小于该上通槽的下通槽，该碳刷位在该下通槽内，该套筒是可旋转地安装在该轴座的上通槽内，并具有一个连通至底侧的容槽，该底座的上环圈是安装在该套筒的容槽内，且该下环圈是伸入该轴座的下通槽内。

本发明的有益的效果在于：由于该导电环对应位于该超音波头的小径段外围，所以可减少导电环与碳刷间的磨损，用以延长使用寿命；在该超音波头中设置通过所述压晶体管的冷却通道，并让冷却液体通过该冷却通道，可降低该振动单元的温度，以提升加工精度与加工效果。

附图说明

图1是美国第US 5,140,773号专利的一部分剖视示意图；

图2是本发明超音波加工装置的一较佳实施例的一立体分解图；

图3是该较佳实施例的一部分侧视剖视示意图；

图4是该较佳实施例的一部分仰视剖视示意图；

图5是该较佳实施例的一部分剖视示意图，说明一个超音波头的构造。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

为了方便说明，以下的实施例，类似的组件以相同的标号表示。

参阅图2、图3与图4，本发明超音波加工装置的较佳实施例，包含：一个固定单元2、一个可转动地安装在该固定单元2中的旋转单元3、一个固定安装于该旋转单元3且随其一起旋转的振动单元4，及一个固定安装在该固定单元2的一侧且邻近于该振动单元4的接线单元5。

该固定单元2包括一个中空的轴座21，及一个安装在该轴座21内且能接电导通的碳刷22。该轴座21具有一个连通至顶面的上通槽211，及一个由该上通槽211连通至底面且直径小于该上通槽211的下通槽212。该碳刷22具有两个相对设置在该下通槽212的两侧且彼此电连接的凸点部221，及一条电连接凸点部221且向外延伸的导线222。该碳刷22的构造及导电设计为一般技术，且该固定单元2还包括其他构造，例如一个设置在该轴座21上方且固定不动地安装在一台加工机械上的外壳(图未示)，以及一些安装在该轴座21及外壳内的轴承(图未示)，因为其并非本发明重点，所以在此不再详细说明。

该旋转单元3包括一个可旋转地安装在该轴座21的上通槽211内且往上缩束延伸的套筒31，该套筒31界定出一个连通至底侧的容槽311，及一个由该容槽311连通至顶侧的通槽312。当然，在实施上该旋转单元3还包括其他构造，例如一个安装在该套筒31上方的主轴(图未示)，且该主轴可被驱动而带动该套筒31在该固定单元2中高速旋转，因为其并非本发明重点，所以在此不再详细说明。

该振动单元4包括一个安装在该套筒31内且中空的底座41、一个安装在该底座41内且底部用于供一支刀具(图未示)安装的超音波头42，及一个安装在该底座41上并电连接于超音波头42且电连接接触该碳刷22的导电环43。该导电环43位在该碳刷22的所述凸点部221间，可被带动而转动接触所述凸点部221，将该碳刷22输出的电流导引至该超音波头42，令该超音波头42产生振动，由于该碳刷22电连接该导电环43，并控制该超音波头42的电压与频率为一般技术，所以在此不再说明。此外，容后再说明该底座41与超音波头42的构造。

该接线单元5包括一个第一接线座51、一个固定安装于该轴座21的旁侧且对应位在该第一接线座51下方的第二接线座52、一个安装于该第一接线座51底部的第一电极53、一条电连接该第一电极53的电线54，及一个安装于该第二接线座52顶部且电连接碳刷22的导线222的第二电极55。本实施例的第一接线座51是固定安装于该加工机械或该固定单元2上，并具有一个由第一电极53连通至一外侧且供电线54穿伸通过以电连接至一电源(图未示)的第一通道511。该第二接线座52具有一个由第二电极55连通至该轴座21且供该导线222穿伸通过的第二通道521。本实施例的第二电极55与第一电极53为接触式导电连接，能将电源的电力供应至碳刷22，当然在实施上也可以采用非接触式导电连接，例如利用电磁感应通电，在此不再说明。

参阅图2、图3与图5，进一步来看本实施例振动单元4的构造，该底座41具有一个中空且安装在该套筒31的容槽311内的上环圈411、一个由该上环圈411周缘往下缩束延伸且伸入该轴座21的下通槽212内的下环圈412，及一个螺接于该下环圈412外围且供该导电环43套置安装的绝缘体413。本实施例的上环圈411与该下环圈412是通过数支螺丝组接结合，当然在实施上也可以是一体成型。该绝缘体413是由塑料或电木制成，可用以隔绝该导电环43与该下环圈412，避免导电环43的电能经下环圈412向外导引泄漏。

该超音波头42具有一个轴向安装在该底座41的上环圈411与下环圈412内的振动本体421，及数个安装在该振动本体421上且电连接该导电环43的压晶体管422。另由外观看该超音波头42整体，可将该超音波头42区分成一个位在上方且对应设置有压晶体管422的大径段423，及一个由该大径段423往下缩束延伸且对应位在压晶体管422下方的小径段424。所以该大径段423是对应安装在该底座41的上环圈411内，该小径段424是对应安装在该下环圈412内且往下突伸，使得该导电环43对应位在该小径段424外围。

再者，该振动本体421具有一个轴向通过所述压晶体管422的冷却通道425，该冷却通道425连通该容槽311，使用时将冷却液体经该套筒31的通槽312灌入该容槽311内，再流入该冷却通道425并往下泄出，可用以冷却压晶体管422所产生的热，借以降低温度，当然实施上也可以在该冷却通道425上连接一条管路(图未示)，以供冷却液体直接流入，在此不再说明。

此外，该振动单元4还包括一圈填置在该底座41的上环圈411与该超音波头42的振动本体421间的封胶体44，可用以定位该超音波头42，并避免液体或尘埃等外物进入，干扰该振动本体421与压晶体管422。由于该超音波头42可为任何能产生高频振动的机构，且其构造及作动原理为一般技术，所以在此不再说明。

使用时，该旋转单元3被驱动，而令该套筒31带动该振动单元4及刀具一起快速旋转，同时电源供电至该碳刷22，经转动中的导电环43接触该碳刷22，而将电能导引至所述压晶体管422，使该振动本体421产生轴向微小高频的振动，再利用该振动本体421将高频率的振动波传送到该刀具，使得刀具执行旋转及振动运动，可接触一个工件(图未示)表面以进行加工。

综上所述，首先，本发明超音波加工装置在设计上，是令该导电环43对应位在该超音波头42的小径段424外围，可大幅缩小该导电环43的直径，所以在转动接触该碳刷22时，不但可减少碳刷的磨耗，维持导电良率，更能延长使用寿命，相对降低加工成本。而由于碳刷22所受到的磨损减少，所以能相对增加该旋转单元3的转动速度，以进一步提高该超音波加工装置的加工功能，并能使用于高速加工机械中，扩大使用范围。

其次，本发明超音波加工装置，还在该超音波头42内轴向贯设有通过压晶体管422的冷却通道425，可供冷却液体通过并往下流至刀具，如此一来，不但可通过冷却液体带走该振动单元4及刀具的热量，避免该振动单元4的导电振动性能及振动频率受到影响，且该冷却液体还可以成为润滑剂，能用以降低刀具与工件的摩擦，排屑效果更好，可提升加工精度与加工效果，并能增加加工速度，相对减少动力成本，所以确实能达成本发明的目的。

此外，本发明超音波加工装置更通过该接线单元5的设计，将连接碳刷22与电源的线路截断分成导线222与电线54，且于导线222与电线54的相邻端缘，分别安装有第二电极55与第一电极53，可彼此接触以电连接供电，也可相互分离以断路不供电。所以当欲组装刀具时，只要将安装有第二接线座52的轴座21、该套筒31及振动单元4一起组装至加工机械预定处，该第二接线座52即会随同该轴座21对应邻接至该第一接线座51，并让第二电极55接触第一电极53，以连接供电。而当欲拆卸或更换刀具时，也只要将该轴座21、该套筒31、该振动单元4及该第二接线座52一起拆离加工机械即可，被拆离移位的第二接线座52与固定不动的第一接线座51间，并不会有相连接的线路，因此在组装或拆换上皆相当方便容易。

Claims

1.一种超音波加工装置，包含：一个固定单元、一个可转动地安装在该固定单元中的旋转单元，以及一个安装于该旋转单元且随其一起旋转的振动单元，该固定单元包括一个中空的轴座，及至少一个安装在该轴座内且能通电的碳刷，该旋转单元包括一个可旋转地安装在该轴座内且中空的套筒；其特征在于：

该振动单元包括一个安装在该套筒内且中空的底座、一个安装在该底座内的超音波头，及一个安装在该底座上且电连接该碳刷的导电环，该超音波头具有一个大径段，及一个由该大径段往下缩束延伸的小径段，该导电环是对应位在该小径段外围且接触于该碳刷。

2.根据权利要求1所述的超音波加工装置，其特征在于：该超音波头还具有一个轴向安装在该底座内且往下突伸的振动本体，及数个安装在该振动本体上且电连接该导电环的压晶体管，该振动本体具有一个轴向通过所述压晶体管且供冷却液体流通的冷却通道

3.根据权利要求1所述的超音波加工装置，其特征在于：该超音波加工装置还包含一个固定安装在该固定单元的接线单元，该接线单元包括一个第一接线座、一个固定安装于该固定单元且对应位在该第一接线座下方的第二接线座、一个安装于该第一接线座底部的第一电极、一条用于电连接该第一电极与一电源的电线，及一个安装于该第二接线座顶部并电连接该碳刷的一导线的第二电极，第一电极与第二电极可进行电力传输，该第一接线座具有一个由第一电极连通至一外侧且供电线穿伸通过的第一通道，该第二接线座具有一个由第二电极连通至该轴座且供该碳刷的导线穿伸通过的第二通道。

4.根据权利要求2所述的超音波加工装置，其特征在于：该底座具有一个设置在该超音波头的小径段与该导电环间的绝缘体，且该超音波头的压晶体管是对应位于该大径段。

5.根据权利要求4所述的超音波加工装置，其特征在于：该底座还具有一个中空且套置在该超音波头的大径段外围的上环圈，及一个由该上环圈周缘往下缩束延伸且套置在该超音波头的小径段外围的下环圈，该绝缘体是螺接于该下环圈外围且供该导电环套置安装。

6.根据权利要求5所述的超音波加工装置，其特征在于：该轴座具有一个连通至顶面的上通槽，及一个由该上通槽连通至底面且直径小于该上通槽的下通槽，该碳刷位在该下通槽内，该套筒是可旋转地安装在该轴座的上通槽内，并具有一个连通至底侧的容槽，该底座的上环圈是安装在该套筒的容槽内，且该下环圈是伸入该轴座的下通槽内。