CN105817652B - 可自动换刀超声波电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自动换刀超声波电主轴，其包括主轴外壳、主轴转子、直线驱动装置、换刀推杆、弹性夹头、无线电能传输模块、鼠笼式电机和中空换能器，弹性夹头设置在中空换能器上，换刀推杆的一端依次贯穿无线电能传输模块、主轴转子和中空换能器，并与弹性夹头相连接，另一端与直线驱动装置相连接；本发明的结构设计巧妙、合理，通过控制直线驱动装置的伸缩便可实现弹性夹头的张开和夹紧，然后可以手动或配合自动化刀库进行取放刀具即可实现自动换刀，有效简化换刀工序，不仅避免传统装刀工序所形成松紧力度误差问题，还大大提升工作效率，加工效果好，提升产品质量，另外整体结构简单，易于实现，成本低，利于广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及超声波电主轴技术领域，特别涉及一种可自动换刀超声波电主轴。
背景技术
近年来，一些新型的硬脆复合材料如C/SiC、C/C等在航空航天、汽车、能源等领域得到越来越多的应用，而这些硬脆复合材料却不如传统材料容易加工，用传统机械加工方法加工容易出现纤维撕裂、分层、毛刺等缺陷，并且刀具磨损严重，效率低，而超声振动加工技术被认为是最适合加工硬脆复合材料的方法之一，它是在传统机械加工中工件与刀具相对运动的基础上，在工件或刀具上施加超声振动，以获得更好的加工性能的加工方法。与普通加工相比，超声振动加工具有降低切削力、减少刀具磨损、提高工件表面加工精度和提高加工效率等优点。
然而现有超声波电主轴的刀具固定方式均为采用压帽和夹头的配合实现固定目的，即在更换刀具时，需要人手操作专门工具拧动压帽，使压帽退出使夹头张开，然后取出刀具再放入新的刀具，最后再拧紧压帽进而使刀具固定在夹头上，操作繁琐，为此，每次换刀都需要较长时间，不仅影响生产效率，而且在拧紧过程中，全凭个人的主观来判断刀具是否锁紧，无统一的标准，故使工作精确度存在着较大的偏差空间，难以保证加工质量。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，有效简化换刀工序，提高工作效率，且装刀效果好的可自动换刀超声波电主轴。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种可自动换刀超声波电主轴，其包括主轴外壳、主轴转子、直线驱动装置、换刀推杆、弹性夹头、无线电能传输模块、鼠笼式电机和中空换能器，所述鼠笼式电机设置在主轴外壳内，所述主轴转子贯穿鼠笼式电机的转轴并通过轴承组件设置在主轴外壳内，所述中空换能器设置在主轴外壳的头部，所述弹性夹头设置在中空换能器上，所述直线驱动装置设置在主轴外壳的尾部，所述换刀推杆的一端依次贯穿无线电能传输模块、主轴转子和中空换能器，并与所述弹性夹头相连接，另一端与所述直线驱动装置相连接，并受该直线驱动装置驱动使弹性夹头作夹紧或张开动作。
作为本发明的进一步改进，所述直线驱动装置为气缸、油缸或直线电机。
作为本发明的进一步改进，所述直线驱动装置通过尾壳固定在主轴外壳的尾部，该尾壳设有端盖。
作为本发明的进一步改进，所述主轴转子上设有沿其轴心线延伸的通孔，该通孔的一端径向增大形成一用来装配所述中空换能器的装配腔。
作为本发明的进一步改进，所述中空换能器包括压电陶瓷组件和变幅杆，所述变幅杆的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，所述压电陶瓷组件通过连接部件设置在所述变幅杆的尾部，该变幅杆上设有沿其轴心线延伸的通道，该通道的前部呈逐渐增大状形成一与所述弹性夹头相适配的喇叭口。
作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷组件包括至少两块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。
作为本发明的进一步改进，所述弹性夹头为一管体，该管体的一端设有与所述喇叭口相适配的锥头，该锥头呈圆心对称设有多条夹紧裂槽，该管体的另一端设有与所述换刀推杆相适配的连接孔。
作为本发明的进一步改进，所述无线电能传输模块采用松耦电磁变压器的方法，实现电能量向旋转的主轴转子传递电信号，以驱动中空换能器，具有比较高的转换效率，且提高超声波电主轴的旋转速度。
作为本发明的进一步改进，所述直线驱动装置、换刀推杆和弹性夹头同心于基准轴心。
本发明的有益效果为：本发明的结构设计巧妙、合理，通过控制直线驱动装置的伸缩便可实现弹性夹头的张开和夹紧，有效简化换刀工序，不仅避免传统装刀工序所形成松紧力度误差问题，还大大提升工作效率，且装配精度高，锁定效果好，进而保证加工效果，提升产品质量，同时可以适配自动化刀库，实现自动换刀的目的，自动化程度高，另外整体结构简单，易于实现，成本低，利于广泛推广应用。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中弹性夹头和中空换能器的结构示意图。
具体实施方式
实施例：见图1和图2，本发明提供的一种可自动换刀超声波电主轴，其包括主轴外壳1、主轴转子2、直线驱动装置3、换刀推杆4、弹性夹头5、无线电能传输模块6、鼠笼式电机7和中空换能器8，所述鼠笼式电机7设置在主轴外壳1内，所述主轴转子2贯穿鼠笼式电机7的转轴并通过轴承组件设置在主轴外壳1内，所述中空换能器8设置在主轴外壳1的头部，所述弹性夹头5设置在中空换能器8上，所述直线驱动装置3设置在主轴外壳1的尾部，所述换刀推杆4的一端依次贯穿无线电能传输模块6、主轴转子2和中空换能器8，并与所述弹性夹头5相连接，另一端与所述直线驱动装置3相连接，并受该直线驱动装置3驱动使弹性夹头5作夹紧或张开动作。所述直线驱动装置3、换刀推杆4和弹性夹头5同心于基准轴心。有效减少非轴向振动的影响，以确保作单一的轴向运动，大大提高超声能量传递效率，保证加工质量。
所述无线电能传输模块6采用松耦电磁变压器的方法，实现电能量向旋转的主轴转子传递电信号，以驱动中空换能器，具有比较高的转换效率，且提高超声波电主轴的旋转速度。
本实施例中，所述直线驱动装置3优选为气缸，该直线驱动装置3通过尾壳10固定在主轴外壳1的尾部，该尾壳10设有端盖11，方便日常维护和接线安装工序。其它实施例中，该直线驱动装置3也可以为油缸或直线电机。
具体的，参见图1，所述主轴转子2上设有沿其轴心线延伸的通孔，该通孔的一端径向增大形成一用来装配所述中空换能器8的装配腔。
参见图2，所述中空换能器8包括压电陶瓷组件和变幅杆82，所述变幅杆82的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部821，所述压电陶瓷组件通过连接部件81设置在所述变幅杆82的尾部，该变幅杆82上设有沿其轴心线延伸的通道，该通道的前部呈逐渐增大状形成一与所述弹性夹头5相适配的喇叭口822。所述压电陶瓷组件包括至少两块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。本实施例中，优选将四块压电陶瓷相叠置，并且采用并联方式连接，在保证具有小体积的基础上，有效降低阻抗，耗能低。其它实施例中，可以采用两块或三块压电陶瓷进行叠置，且并联连接。当然，也可以采用五块或更多块压电陶瓷进行叠置，且并联连接。
参见图2，所述弹性夹头5为一管体，该管体的一端设有与所述喇叭口822相适配的锥头51，该锥头51呈圆心对称设有多条夹紧裂槽511，该管体的另一端设有与所述换刀推杆4相适配的连接孔52。
工作时，通过控制直线驱动装置3的伸缩便可实现弹性夹头5的张开和夹紧，然后可以手动或通过自动化刀库进行取放刀具9即可，有效简化换刀工序，不仅避免传统装刀工序所形成松紧力度误差问题，还大大提升工作效率，且装配精度高，锁定效果好，进而保证加工效果，提升产品质量。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似的其它电主轴，均在本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种可自动换刀超声波电主轴，其特征在于：其包括主轴外壳、主轴转子、直线驱动装置、换刀推杆、弹性夹头、无线电能传输模块、鼠笼式电机和中空换能器，所述鼠笼式电机设置在主轴外壳内，所述主轴转子贯穿鼠笼式电机的转轴并通过轴承组件设置在主轴外壳内，所述中空换能器设置在主轴外壳的头部，所述弹性夹头设置在中空换能器上，所述直线驱动装置设置在主轴外壳的尾部，所述换刀推杆的一端依次贯穿无线电能传输模块、主轴转子和中空换能器，并与所述弹性夹头相连接，另一端与所述直线驱动装置相连接，并受该直线驱动装置驱动使弹性夹头作夹紧或张开动作；
所述主轴转子上设有沿其轴心线延伸的通孔，该通孔的一端径向增大形成一用来装配所述中空换能器的装配腔；
所述中空换能器包括压电陶瓷组件和变幅杆，所述变幅杆的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，所述压电陶瓷组件通过连接部件设置在所述变幅杆的尾部，该变幅杆上设有沿其轴心线延伸的通道，该通道的前部呈逐渐增大状形成一与所述弹性夹头相适配的喇叭口；
所述无线电能传输模块采用松耦电磁变压器实现电能量向旋转的主轴转子传递电信号，以驱动中空换能器；
所述直线驱动装置、换刀推杆和弹性夹头同轴心设置。
2.根据权利要求1所述的可自动换刀超声波电主轴，其特征在于，所述直线驱动装置为气缸、油缸或直线电机。
3.根据权利要求1或2所述的可自动换刀超声波电主轴，其特征在于，所述直线驱动装置通过尾壳固定在主轴外壳的尾部，该尾壳设有端盖。
4.根据权利要求1所述的可自动换刀超声波电主轴，其特征在于，所述压电陶瓷组件包括至少两块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。
5.根据权利要求1所述的可自动换刀超声波电主轴，其特征在于，所述弹性夹头为一管体，该管体的一端设有与所述喇叭口相适配的锥头，该锥头呈圆心对称设有多条夹紧裂槽，该管体的另一端设有与所述换刀推杆相适配的连接孔。
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