CN104785799B - 一种高效能、小体积回转超声主轴 - Google Patents

一种高效能、小体积回转超声主轴 Download PDF

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Abstract

一种高效能、小体积回转超声主轴，它是由内外圈无挡边式滚针轴承(1)、弹簧卡圈(2)、旋转导电滑环(3)、超声主轴(4)、陶瓷堆(5)、后盖板(6)、挡圈(7)、深沟球轴承(8)以及弹簧卡圈(9)组成；该超声主轴采用前后端轴承支撑实现回转，前端安装内外圈无挡边式滚针轴承(1)、旋转导电滑环(3)实现旋转供电，后端安装深沟球轴承(8)并采用外六方式或内螺纹孔式与机床或气动工具的回转主轴进行连接以提供回转动力，中端安装有陶瓷堆(5)、后盖板(6)，超声主轴(4)外部采用套筒进行固定；其结构紧凑、体积小型化，扩大了传统机床和气动或电动回转工具对难加工材料的使用范围，极大降低了加工成本。

Description

一种高效能、小体积回转超声主轴
技术领域：
本发明涉及一种回转超声主轴，特别涉及一种高效能、小体积回转超声主轴。属于超声振动加工装置技术领域。
背景技术：
回转超声主轴是超声换能器的一种，超声换能器是一种将电能转换为超声波能量或超声波的装置，以机床附件形式广泛应用于车床、镗床、铣床、钻床、磨床和气动工具等各种加工设备，有效解决难加工材料的加工性。然而，目前能应用到工程实践中的适合回转主轴机床或气动工具等设备的高效能、小型化及高精度的回转超声主轴产品相对较少。目前，国外以德国DMG公司和日本岳将株式会社的超声机床主轴最为代表，价格昂贵；国内，在此方面的研究大多处于实验室阶段，还存在一些不足，如：体积大、输出能量低、内部能量损耗高、换能器发热严重等，还不能广泛应用到工程实践中。
发明内容：
1、目的：本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种高效能、小体积回转超声主轴。通过将超声振动应用于回转主轴的传统机床、气动工具等设备上，形成由超声振动和传统加工运动构成的复合加工方式，使传统加工的连续切削过程变成断续的、具有特殊切削效果的超声振动加工。这能有效降低加工过程的切削力和切削温度，降低刀具的磨损，降低生产加工成本，提高加工质量、精度和效率，增强加工过程的稳定性，延长刀具的使用寿命。
2、技术方案：
本发明一种高效能、小体积回转超声主轴，它是由内外圈无挡边式滚针轴承1、弹簧卡圈2、旋转导电滑环3、超声主轴4、陶瓷堆5、后盖板6、挡圈7、深沟球轴承8以及弹簧卡圈9组成。它们之间的位置连接关系是：该超声主轴采用前后端轴承支撑实现回转，前端安装内外圈无挡边式滚针轴承、旋转导电滑环实现旋转供电，后端安装深沟球轴承并采用外六方式或内螺纹孔式与机床或气动工具等的回转主轴进行连接以提供回转动力，中端安装有陶瓷堆、后盖板，超声主轴外部采用套筒进行固定。
其中，内外圈无挡边式滚针轴承1的内外圈可分离，圆柱滚针1B和滚针轴承保持架1C安装于滚针轴承外圈1A，滚针轴承内圈1D安装于超声主轴4的外圆柱段404；旋转导电滑环3通过转子内孔扁平面31与轴段扁平面407进行配合安装并用弹簧卡圈2及轴肩408进行轴向固定；陶瓷堆5安装于外圆柱段411并用前盖板410和后盖板6进行夹紧；超声主轴4的后端开有隔振槽413，位于外螺纹段412与轴肩414之间；深沟球轴承8安装于外圆柱段415并用挡圈7和弹簧卡圈9进行轴向固定。
所述内外圈无挡边式滚针轴承1是市购件；由滚针轴承外圈1A、圆柱滚针1B、滚针轴承保持架1C和滚针轴承内圈1D组成。该圆柱滚针1B和滚针轴承保持架1C安装于滚针轴承外圈1A上，并与滚针轴承内圈1D可分离；滚针轴承内圈1D安装于超声主轴4的外圆柱段404，滚针轴承外圈1A安装于外部主轴套筒部件。
所述旋转导电滑环3由滑环定子3A和滑环转子3B组成，滑环转子3B的内孔面加工有转子内孔扁平面31用以安装并传递转动。该旋转导电滑环3通过转子内孔扁平面31与轴段扁平面407进行配合安装并用弹簧卡圈2及轴肩408进行轴向固定。
所述超声主轴4为一体成型加工件，其特征在于：由前至后包括内螺纹孔401，120°定位锥面402，拆装扁平面403，外圆柱段404，轴肩405，弹簧卡圈槽406，轴段扁平面407，轴肩408，线槽409，前盖板410，外圆柱段411，外螺纹段412，隔振槽413，轴肩414，外圆柱段415，弹簧卡圈槽416，外六方式主轴连接端417，内螺纹孔式主轴419，超声变幅杆418。该内螺纹孔401为3/8-24UNF-2B美制螺纹，用于刀具连接，并设计120°定位锥面402用于刀具定位。该120°定位锥面402后方主轴外表面加工有双侧拆装扁平面403，用于工具拆装扳手。该轴段扁平面407与转子内孔扁平面31配合安装旋转导电滑环3。该线槽409用于旋转导电滑环3的滑环转子3B的排线。该隔振槽413位于外螺纹段412与轴肩414之间，降低了振动向后传递，降低由于振动向后传递而造成的能量损失。该超声主轴4后端采用外六方式或内螺纹孔式与机床或气动工具等的回转主轴进行连接以提供回转动力。该超声变幅杆418采用阶梯式圆柱形变幅杆。所述陶瓷堆5由绝缘套5A、陶瓷片5B和电极片5C组成。该陶瓷堆5安装于外圆柱段411并用前盖板410和后盖板6进行夹紧。
所述后盖板6是圆盘状件，由外圆柱段61和拆装外六方段62组成，心部设有内螺纹孔63用于陶瓷堆5的螺纹夹紧。
所述深沟球轴承8是市购件；由球轴承外圈8A、球滚珠8B、球轴承保持架8C和球轴承内圈8D组成。该深沟球轴承8的球滚珠8B和球轴承保持架8C安装于球轴承外圈8A和球轴承内圈8D之间；球轴承内圈8D安装于超声主轴4的外圆柱段415；球轴承外圈8A安装于外部主轴套筒部件。该深沟球轴承8安装于外圆柱段415并用挡圈7和弹簧卡圈9进行轴向固定。
所述弹簧卡圈9是市购件。
3、优点及功效：
本发明装置与各种传统机床、气动回转工具等加工设备主轴的连接方便、形式多样、连接可靠，结构较为简单且紧凑，体积小型化，拆装维护方便，容易实现传统加工的超声振动加工，功效高；该发明装置的超声主轴回转精度高、载能效果好，超声主轴的内部发热量低、能量损耗低、输出功率大，提高了超声振动效果。将本发明装置与传统加工设备连接，可扩大传统加工设备对难加工材料如：复合材料、陶瓷、玻璃、石材等硬脆材料和钛合金、高强钢等金属材料的加工范围，实现传统加工的超声振动加工，可以有效降低加工过程的切削力和切削温度，降低刀具的磨损，降低生产加工成本，提高加工精度、质量和效率，增强加工过程的稳定性，延长刀具的使用寿命。
附图说明：
图1是本发明一种高效能、小体积回转超声主轴的整体结构图。
图2是本发明一种高效能、小体积回转超声主轴的分解图。
图3是本发明采用的内外圈无挡边式滚针轴承的分解图。
图4是本发明采用的旋转导电滑环轴向固定用弹簧卡圈的整体结构图。
图5是本发明采用的旋转导电滑环整体结构图。
图6是本发明超声主轴整体结构图。
图6A是本发明超声主轴的内螺纹孔式连接端局部图。
图7是本发明采用的陶瓷堆的分解图。
图8是本发明超声主轴后盖板的整体结构图。
图9是本发明采用的深沟球轴承轴向固定用挡圈的整体结构图。
图10是本发明采用的深沟球轴承的整体结构图。
图11是本发明采用的深沟球轴承轴向固定用弹簧卡圈的整体结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1、图2所示，本发明一种高效能、小体积回转超声主轴，它是由内外圈无挡边式滚针轴承1、弹簧卡圈2、旋转导电滑环3、超声主轴4、陶瓷堆5、后盖板6、挡圈7、深沟球轴承8以及弹簧卡圈9组成。它们之间的位置连接关系是：该超声主轴采用前后端轴承支撑实现回转，前端安装内外圈无挡边式滚针轴承、旋转导电滑环实现旋转供电，后端安装深沟球轴承并采用外六方式或内螺纹孔式与机床或气动工具等的回转主轴进行连接以提供回转动力，中端安装有陶瓷堆、后盖板，超声主轴外部采用套筒进行固定。
如图3、图6所示，所述内外圈无挡边式滚针轴承1由滚针轴承外圈1A、圆柱滚针1B、滚针轴承保持架1C和滚针轴承内圈1D组成。
该圆柱滚针1B和滚针轴承保持架1C安装于滚针轴承外圈1A上，并与滚针轴承内圈1D可分离；滚针轴承内圈1D安装于超声主轴4的外圆柱段404，滚针轴承外圈1A安装于外部主轴套筒部件。
如图4、图5、图6所示，所述旋转导电滑环3由滑环定子3A和滑环转子3B组成，滑环转子3B的内孔面加工有扁平面31用以安装并传递转动。
该旋转导电滑环3通过转子内孔扁平面31与轴段扁平面407进行配合安装并用弹簧卡圈2及轴肩408进行轴向固定。
如图6、图6A所示，所述超声主轴4为一体成型加工件，其特征在于：由前至后包括内螺纹孔401，120°定位锥面402，拆装扁平面403，外圆柱段404，轴肩405，弹簧卡圈槽406，轴段扁平面407，轴肩408，线槽409，前盖板410，外圆柱段411，外螺纹段412，隔振槽413，轴肩414，外圆柱段415，弹簧卡圈槽416，外六方式主轴连接端417，内螺纹孔式主轴连接端419，超声变幅杆418。
该内螺纹孔401为3/8-24UNF-2B美制螺纹，用于刀具连接，并设计120°定位锥面402用于刀具定位。
该120°定位锥面402后方主轴外表面加工有双侧拆装扁平面403，用于工具拆装扳手。
该轴段扁平面407与转子内孔扁平面31配合安装旋转导电滑环3。
该线槽409用于旋转导电滑环3的滑环转子3B的排线。
该隔振槽413位于外螺纹段412与轴肩414之间，降低了振动向后传递，降低由于振动向后传递而造成的能量损失。
该超声主轴4后端采用外六方式或内螺纹孔式与机床或气动工具等的回转主轴进行连接以提供回转动力。
该超声变幅杆418采用阶梯式圆柱形变幅杆。
如图6、图7、图8所示，所述陶瓷堆5由绝缘套5A、陶瓷片5B和电极片5C组成。
该陶瓷堆5安装于外圆柱段411并用前盖板410和后盖板6进行夹紧。
如图8所示，所述后盖板6由外圆柱段61和拆装外六方段62组成，心部设有内螺纹孔63用于陶瓷堆5的螺纹夹紧。
如图6、图9、图10、图11所示，所述深沟球轴承8由球轴承外圈8A、球滚珠8B、球轴承保持架8C和球轴承内圈8D组成。
该深沟球轴承8的球滚珠8B和球轴承保持架8C安装于球轴承外圈8A和球轴承内圈8D之间；球轴承内圈8D安装于超声主轴4的外圆柱段415；球轴承外圈8A安装于外部主轴套筒部件。
该深沟球轴承8安装于外圆柱段415并用挡圈7和弹簧卡圈9进行轴向固定。

Claims (1)

1.一种高效能、小体积回转超声主轴，其特征在于：它是由内外圈无挡边式滚针轴承(1)、第一弹簧卡圈(2)、旋转导电滑环(3)、超声主轴(4)、陶瓷堆(5)、后盖板(6)、挡圈(7)、深沟球轴承(8)以及第二弹簧卡圈(9)组成；该超声主轴采用前后端轴承支撑实现回转，前端安装内外圈无挡边式滚针轴承(1)、旋转导电滑环(3)实现旋转供电，后端安装深沟球轴承(8)，中端安装有陶瓷堆(5)、后盖板(6)，超声主轴(4)外部采用主轴套筒部件进行固定；
所述内外圈无挡边式滚针轴承(1)是由滚针轴承外圈(1A)、圆柱滚针(1B)、滚针轴承保持架(1C)和滚针轴承内圈(1D)组成；该圆柱滚针(1B)和滚针轴承保持架(1C)安装于滚针轴承外圈(1A)上，滚针轴承外圈(1A)与滚针轴承内圈(1D)分离；滚针轴承内圈(1D)安装于超声主轴(4)的第一外圆柱段(404)，滚针轴承外圈(1A)安装于外部主轴套筒部件内；
所述旋转导电滑环(3)由滑环定子(3A)和滑环转子(3B)组成，滑环转子(3B)的内孔面加工有转子内孔扁平面(31)用以安装并传递转动，该旋转导电滑环(3)通过转子内孔扁平面(31)与轴段扁平面(407)进行配合安装并用第一弹簧卡圈(2)及第一轴肩(408)进行轴向固定；
所述超声主轴(4)为一体成型加工件，由前至后包括内螺纹孔(401)、120°定位锥面(402)、拆装扁平面(403)、第一外圆柱段(404)、第三轴肩(405)、第一弹簧卡圈槽(406)、轴段扁平面(407)、第一轴肩(408)、线槽(409)、前盖板(410)、第二外圆柱段(411)、外螺纹段(412)、隔振槽(413)、第二轴肩(414)、第三外圆柱段(415)、第二弹簧卡圈槽(416)、外六方式主轴连接端(417)及内螺纹孔式主轴连接端(419)；该内螺纹孔(401)为美制螺纹，用于刀具连接，并设计120°定位锥面(402)用于刀具定位；该120°定位锥面(402)后方主轴外表面加工有拆装扁平面(403)，用于工具拆装扳手；该轴段扁平面(407)与转子内孔扁平面(31)配合安装旋转导电滑环(3)；该线槽(409)用于放置旋转导电滑环(3)的滑环转子(3B)的排线；该隔振槽(413)位于外螺纹段(412)与第二轴肩(414)之间，降低了振动向后传递，降低由于振动向后传递而造成的能量损失；该超声主轴采用外六方式或内螺纹孔式与机床或气动工具的回转主轴进行连接以提供回转动力，
超声变幅杆(418)是阶梯式圆柱形变幅杆，它由拆装扁平面(403)，第一外圆柱段(404)，第三轴肩(405)，第一弹簧卡圈槽(406)及轴段扁平面(407)构成；
所述陶瓷堆(5)由绝缘套(5A)、陶瓷片(5B)和电极片(5C)组成；该陶瓷堆(5)安装于第二外圆柱段(411)并用前盖板(410)和后盖板(6)进行夹紧；
所述后盖板(6)是圆盘状件，由外圆柱段(61)和拆装外六方段(62)组成，心部设有内螺纹孔(63)用于陶瓷堆(5)的螺纹夹紧；
所述深沟球轴承(8)是由球轴承外圈(8A)、球滚珠(8B)、球轴承保持架(8C)和球轴承内圈(8D)组成；该深沟球轴承(8)的球滚珠(8B)和球轴承保持架(8C)安装于球轴承外圈(8A)和球轴承内圈(8D)之间；球轴承内圈(8D)安装于超声主轴(4)的第三外圆柱段(415)；球轴承外圈(8A)安装于外部主轴套筒部件；该深沟球轴承(8)安装于第三外圆柱段(415)并用挡圈(7)和第二弹簧卡圈(9)进行轴向固定。
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