CN104439299B - 一种电主轴 - Google Patents

Abstract

一种电主轴，包括机身组件；穿接在机身组件内并与机身组件枢转配合的轴芯；安装在机身组件内用于带动轴芯转动的电机；穿接在轴芯内部并可沿轴芯的轴向活动的拉杆，该拉杆的下端部与刀具连接；安装在轴芯和拉杆之间用于将拉杆向上顶压的弹性部件；固定在轴芯下端部的超声波振子，该超声波振子内设置一在拉杆具有拉动刀具向上运动的趋势时将刀具夹紧的夹持部；以及用于为超声波振子提供电能的供电组件。本发明电主轴的轴芯可以在高速转动的同时轴向的高频振动，对工件的加工面进行超声波加工，降低了切削力，有效克服烧伤、变形、残余应力等缺陷，提高了刀具的使用寿命，并可加工硬脆性材料。

Description

一种电主轴

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种电主轴。

背景技术

目前的电主轴大多被用于针对金属工件进行磨削、镗削、钻孔等加工，在加工时，电主轴的轴芯带动刀具的刀头高速的在工件的加工面上转动，现有的电主轴带动刀具的刀头仅是做平面旋转运动，在去除工件加工面的余量时，旋转的刀头受到工件加工面余量的阻碍，就必须付出较大切削力以克服工件加工面的阻力；同时，现有的电主轴在加工工件时通常会在工件的加工表面形成烧伤、变形以及残余应力等缺陷，由于存在上述缺陷，导致现有电主轴很难适用于硬脆性材料的加工，如蓝宝石玻璃、陶瓷、半导体、石英等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种电主轴，其在加工工件时，不仅能够带动刀头高速转动，同时还能够刀头轴向振动，从而降低切削力，有效克服烧伤、变形、残余应力等缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电主轴，包括，

机身组件；

穿接在机身组件内并与机身组件枢转配合的轴芯；

安装在机身组件内用于带动轴芯转动的电机；

穿接在轴芯内部并可沿轴芯的轴向活动的拉杆，该拉杆的下端部与刀具连接；

安装在轴芯和拉杆之间用于将拉杆向上顶压的弹性部件；

固定在轴芯下端部的超声波振子，该超声波振子内设置一在拉杆具有拉动刀具向上运动的趋势时将刀具夹紧的夹持部；

以及用于为超声波振子提供电能的供电组件。

机身组件上端部设置有一缸体，缸体内设置有一在液压或气压的驱动下将拉杆向下顶压的活塞，供电组件安装在缸体上。

供电组件包括固定于缸体上的安装座、位于安装座内并可沿轴向相对于安装座运动的调节板、位于调节板下方并分别接通外部电源的正、负极的两个碳刷、分别安装在两碳刷和调节板之间的两弹性元件、螺接在安装座上并在旋转时顶压调节板的调节螺丝、以及两个固定在拉杆上端部的滑环，两滑环分别与两碳刷的下端面接触并电性导通，超声波振子的正、负极接线端分别与两滑环电性连接。

机身组件包括机体、固定在机体上端部的上气浮轴承、固定在机体下端部的下气浮轴承、以及固定在机体下端部的气浮推力轴承，轴芯的侧面上端部和下端部分别枢接在上气浮轴承和下气浮轴承内，轴芯的下端面与气浮推力轴承的上表面配合，轴芯的下端部设置有一轴芯飞盘，轴芯的侧面与上气浮轴承和下气浮轴承之间、轴芯飞盘的下端面与气浮推力轴承的上表面之间、轴芯飞盘的上端面与下气浮轴承的下端面之间均形成高压气膜腔，缸体上设置有一气体通道，该气体通道的一端延伸至缸体的表面形成出气口，碳刷与缸体之间形成的间隙将高压气膜腔和气体通道的另一端连通。

拉杆内部设置有一轴向的通孔，通孔内设置两条导线，该两条导线分别将两滑环和超声波振子的正、负极接线端连接。

靠近轴芯转动轴线的滑环和碳刷电性连接于超声波振子的正极接线端，另一个滑环和碳刷则电性连接于超声波振子的负极接线端。

夹持部为设置在超声波振子内的锥孔，该锥孔的直径由下至上逐渐减小。

本发明的有益效果在于：

相比于现有技术，本发明电主轴的轴芯可以在高速转动的同时轴向的高频振动，利用高频振动的能量以及高频振动产生的空化效应，对工件的加工面进行超声波加工，在高频振动的情况下，迫使磨粒冲击工件的加工面，降低了切削力，使工件加工面的材料更容易的被去除，降低了工件加工面的粗糙度，有效克服烧伤、变形、残余应力等缺陷。此外，由于大幅降低了切削力，使刀具的磨损更小，刀具不会出现沾黏残屑、烧伤、挤压损伤等现象，提高了刀具的使用寿命；在刀具振动的情况下，可以利用本发明的电主轴加工蓝宝石玻璃、陶瓷、半导体、石英等硬脆性材料。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的放大视图；

其中：10、机体；11、上气浮轴承；12、下气浮轴承；13、气浮推力轴承；20、轴芯；30、电机；40、拉杆；50、超声波振子；60、供电组件；61、安装座；62、调节板；63、调节螺丝；64、碳刷；65、弹簧；66、滑环；70、碟簧；80、气缸；81、气体通道；82、出气口。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参见图1、2所示，本发明的电主轴包括机身组件、轴芯20、电机30、拉杆40、碟簧70、超声波振子50、以及供电组件60，其中，轴芯20穿接在机身组件内部并与机身组件枢转配合，电机30安装在机身组件内，用于带动轴芯20绕其自身中心轴线相对于机身组件转动，拉杆40穿接在轴芯20内部，该拉杆40与轴芯20间隙配合并可顺延轴芯20的轴向运动，拉杆40的下端部穿出轴芯20与刀具连接，碟簧70安装在拉杆40上的轴肩和轴芯20内壁的台阶面之间，在该碟簧70的弹性应力作用下，使拉杆40始终保持向上的弹性应力，该碟簧70可以是采用其他的具有弹性的部件来替代；超声波振子50固定在轴芯20下端部，该超声波振子50内设置有一锥孔，该锥孔的直径由下至上逐渐减小，在连接刀具时，拉杆40在碟簧70的弹性应力下具有向上运动的趋势，刀具被拉杆40拉紧并置于锥孔中，在碟簧70的弹性应力作用下，刀具被卡装于锥孔内，当然，也可以是在锥孔内设置夹紧刀具的夹头，拉杆40向上拉动夹头，夹头的周缘被锥孔卡紧，从而利用夹头将刀具夹紧，当然，针对刀具形状的不同，上述的锥孔可以是采用其他形状的夹持部来替代，总之只要确保在拉杆40拉紧刀具时，刀具能够被固定于超声波振子50上即可，上述的供电组件60用以为超声波振子50供电。

本发明在工作过程中，轴芯20由电机30运动，供电组件60接通外部电源并为超声波振子50提供电能，超声波振子50接收高频电能，通过换能器将电能转换为高频振动的机械能，并通过变幅杆将振动的机械能放大，最终传递至刀具上，在对工件进行加工时，刀具的加工端在高速转动的同时，不停的轴向振动，从而利用高频振动的能量以及高频振动产生的空化效应，对工件的加工面进行超声波加工，在高频振动的情况下，迫使磨粒冲击工件的加工面，降低了切削力，使工件加工面的材料更容易的被去除，降低了工件加工面的粗糙度，有效克服烧伤、变形、残余应力等缺陷。此外，由于大幅降低了切削力，使刀具的磨损更小，刀具不会出现沾黏残屑、烧伤、挤压损伤等现象，提高了刀具的使用寿命；在刀具振动的情况下，可以利用本发明的电主轴加工蓝宝石玻璃、陶瓷、半导体、石英等硬脆性材料。

本发明中，在机身组件的上端部还设置有一气缸80，气缸80的缸体部分固定在机身组件的上端部，其内部设置有一活塞(图未示)，在气压的驱动下，活塞可轴向运动以向下顶压拉杆40，拉杆40带动其下端部的夹头从锥孔中脱离，夹头松开，从而将刀具松开，完成刀具的拆卸，反之在上刀时，刀具被置于夹头内，气缸80泄压，活塞复位，锥孔夹紧夹头，利用夹头夹紧刀具，完成刀具的安装。上述的供电组件60可以是被安装在气缸80的缸体上。当然，推动拉杆40向下运动的机构还可以是液压缸，其与上述气缸80的区别仅仅是在于液压缸内部的是通过液压来驱动活塞运动以向下顶压拉杆40完成卸刀的。

上述的供电组件60包括固定于气缸80的缸体上的安装座61、位于安装座61内并可沿轴向相对于安装座61运动的调节板62、位于调节板62下方并分别接通外部电源的正、负极的两个碳刷64、分别安装在两碳刷64和调节板62之间的两弹簧65、螺接在安装座61上并在旋转时顶压调节板62的调节螺丝63、以及两个固定在拉杆40上端部的滑环66，两滑环66分别与两碳刷64的下端面接触并电性导通，超声波振子50的正、负极接线端分别与两滑环66电性连接。在两弹簧65的弹性应力作用下，两碳刷64分别保持向下的运动趋势，从而使两碳刷64的下端面始终与两滑环66分别保持接触，在安装时或使用较长时间后，可以通过旋转调节螺丝63，将调节板62向下顶压，调整弹簧65的预紧力，确保碳刷64与滑环66接触，当然，该弹簧65也可以采用其他的弹性元件来替代，例如具有弹性的胶块；两滑环66之间互相绝缘，其中一个滑环66为圆形，该圆形的滑环66的中心轴线与轴芯20的转动轴线重合或接近轴芯20的转动轴线，另一个为环形，其套在上述其中一个滑环66的外部，为了确保充分接触，可以为该环形的滑环66适配两个碳刷64，在电主轴工作时，拉杆40随着轴芯20高速转动，两滑环66分别和与其适配的碳刷64接触并电性导通，从而将外部电源的正、负极分别与超声波振子50的正、负极接线端导通，为超声波振子50供电。上述接近轴芯20转动轴线的滑环66和碳刷64是连接于超声波振子50的正极接线端，另一个滑环66和与其适配的碳刷64则是接通超声波振子50的负极接线端，也就是说，在拉杆40转动的情况下，位于内圈线速度较小的滑环66接通超声波振子50的正极接线端，位于外圈线速度较大的滑环66接通超声波振子50的负极接线端，从而可以减小碳刷64的磨损，使碳刷64具有较长的使用寿命，并增加了维护的周期。此外，为了实现滑环66与超声波振子50正负极接线端子的电性导通，可以在拉杆40内部设置一轴向的通孔，通孔内设置两条导线，该两条导线分别将两滑环66和超声波振子50的正、负极接线端连接。

本发明还可以是气浮电主轴，其具体的是，机身组件包括机体10、固定在机体10上端部的上气浮轴承11、固定在机体10下端部的下气浮轴承12、以及固定在机体10下端部的气浮推力轴承13，轴芯20的侧面上端部和下端部分别枢接在上气浮轴承11和下气浮轴承12内，轴芯20的下端面与气浮推力轴承13的上表面配合，轴芯20的下端部设置有一轴芯飞盘，轴芯20的侧面与上气浮轴承11和下气浮轴承12之间、轴芯飞盘的下端面与气浮推力轴承13的上表面之间、轴芯飞盘的上端面与下气浮轴承12的下端面之间均形成高压气膜腔；如此，利用高压气体使轴芯20处于悬浮状，有效的减小了轴芯20转动时的摩擦阻力；此外，在上述气缸80的缸体上开设一气体通道81，气体通道81的一端延伸至缸体的表面形成出气口82，碳刷64与缸体之间形成的间隙将高压气膜腔与气体通道81的另一端连通，高压气体对轴芯20起到支撑润滑的作用后，高压气体从碳刷64与缸体之间的间隙流过，并顺延气体通道81从出气口82流出，如此，气体顺延上述流向流动的同时，可带走碳刷64磨损后形成的碳粉，以防止磨损形成的碳粉进入电主轴内部，同时对高压气体进行二次利用。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电主轴，其特征在于，包括，

机身组件；

穿接在机身组件内并与机身组件枢转配合的轴芯；

安装在机身组件内用于带动轴芯转动的电机；

穿接在轴芯内部并可沿轴芯的轴向活动的拉杆，该拉杆的下端部与刀具连接；

安装在轴芯和拉杆之间用于将拉杆向上顶压的弹性部件；

固定在轴芯下端部的超声波振子，该超声波振子内设置一在拉杆具有拉动刀具向上运动的趋势时将刀具夹紧的夹持部；

以及用于为超声波振子提供电能的供电组件；供电组件包括固定于缸体上的安装座、位于安装座内并可沿轴向相对于安装座运动的调节板、位于调节板下方并分别接通外部电源的正、负极的两个碳刷、分别安装在两碳刷和调节板之间的两弹性元件、螺接在安装座上并在旋转时顶压调节板的调节螺丝、以及两个固定在拉杆上端部的滑环，两滑环分别与两碳刷的下端面接触并电性导通，超声波振子的正、负极接线端分别与两滑环电性连接。

2.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于，机身组件上端部设置有一缸体，缸体内设置有一在液压或气压的驱动下将拉杆向下顶压的活塞，供电组件安装在缸体上。

3.如权利要求2所述的电主轴，其特征在于，机身组件包括机体、固定在机体上端部的上气浮轴承、固定在机体下端部的下气浮轴承、以及固定在机体下端部的气浮推力轴承，轴芯的侧面上端部和下端部分别枢接在上气浮轴承和下气浮轴承内，轴芯的下端面与气浮推力轴承的上表面配合，轴芯的下端部设置有一轴芯飞盘，轴芯的侧面与上气浮轴承和下气浮轴承之间、轴芯飞盘的下端面与气浮推力轴承的上表面之间、轴芯飞盘的上端面与下气浮轴承的下端面之间均形成高压气膜腔，缸体上设置有一气体通道，该气体通道的一端延伸至缸体的表面形成出气口，碳刷与缸体之间形成的间隙将高压气膜腔和气体通道的另一端连通。

4.如权利要求2所述的电主轴，其特征在于，拉杆内部设置有一轴向的通孔，通孔内设置两条导线，该两条导线分别将两滑环和超声波振子的正、负极接线端连接。

5.如权利要求2所述的电主轴，其特征在于，靠近轴芯转动轴线的滑环和碳刷电性连接于超声波振子的正极接线端，另一个滑环和碳刷则电性连接于超声波振子的负极接线端。

6.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于，夹持部为设置在超声波振子内的锥孔，该锥孔的直径由下至上逐渐减小。