CN108213508B - 一种轴承供电的超声手钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承供电的超声手钻，包括超声振动换能器、供电部分、前端盖、轴承套、外套筒、螺纹连接套、手钻前端固定部分、手钻前端转动部分；本发明通过滚针轴承进行回转供电，结构简单可靠，安装简单，易于实现，便于维护；本发明轴承耐冲击性能优于导电滑环供电及非接触式感应供电，可靠性强；本发明滚针轴承能够增加超声加工系统回转部分的回转精度，且不破环回转部分动平衡；本发明轴承供电对于换能器变幅杆结构影响小，对超声振动振幅抑制小，降低了能量的损耗。

Description

一种轴承供电的超声手钻

技术领域

本发明涉及一种超声手钻，特别涉及一种轴承供电的超声手钻，属于超声加工技术领域。

背景技术

超声振动手钻在切削过程中给刀具施加超声频微小振动，实现断续切削，有利于切屑的排出，能够显著降低切削力和切削温度，提高刀具寿命及加工质量。

超声手钻振动系统供电方式分为接触式供电和非接触式供电。接触式供电多采用导电滑环的供电方式。采用导电滑环的缺点为：滑环与碳刷磨损较为严重，一般需要定期更换；为了保护碳刷对旋转转速多有限制，难以满足高转速加工的要求；滑环为精密部件，难以承受较大冲击，用于工业现场容易受损，不能确保高可靠性的加工作业。非接触式供电方式采用松耦合变压器感应供电方式，非接触式供电结构较为复杂，对耦合变压器同轴度及间隙要求较高，且磁芯等元件不耐冲击，易损坏。

公告号为CN201110161088，中国发明专利《一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置》，该发明采用导电滑环供电方式给超声振动换能器供电，实现旋转供电。公告号为CN201310303776，中国发明专利《一种基于超声振动辅助气钻》，该发明采用导电滑环供电方式实现超声换能器旋转供电。公告号为CN201710109865，中国发明专利《一种基于旋转式无线电能传输的超声振动气钻》，该发明采用上下式松耦合变压器的非接触式供电，实现基于旋转式无线电能传输的超声振动手钻。

现有超声手钻加工振动系统供电技术方案中存在缺点为：

(1)滑环或松耦合变压器结构复杂，对安装要求较高；

(2)耐冲击性能差，极易受损失效，难以满足工业现场的使用要求；

(3)接触式供电中导电滑环供电对旋转转速存在限制，且滑环成本高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于轴承供电的超声手钻，结构简单紧凑，满足超声振动系统的供电结构耐冲击，转速限制小，旋转供电稳定可靠的工作要求。

一种轴承供电的超声手钻，包括超声振动换能器、供电部分、前端盖、轴承套、外套筒、螺纹连接套、手钻前端固定部分、手钻前端转动部分；

超声振动换能器包括变幅杆、压电陶瓷片、后盖板螺母、铜电极片和绝缘套；变幅杆为阶梯状圆柱结构，前端、后端均设有螺纹孔，前端螺纹孔用于装卡钻头，后端螺纹孔用于与手钻前端转动部分连接；变幅杆前端还设有变幅杆凹槽，用于装卡轴用弹性挡圈，后端还设有螺杆，其外径套有绝缘套，后盖板螺母内孔设有螺纹，通过预紧力将压电陶瓷片与铜电极片压合在一起，从后端后盖板螺母到变幅杆，压电陶瓷与铜电极片依次堆叠；

供电部分包括内圈绝缘套、正极滚针轴承、外圈绝缘套、外圈接线铜片、内圈绝缘垫片、内圈接线铜片、外圈绝缘垫片、负极滚针轴承和轴用弹性挡圈；内圈绝缘套安装在变幅杆小端，变幅杆上的阶梯结构对内圈绝缘套进行定位，正极滚针轴承内圈安装在内圈绝缘套外，负极滚针轴承内圈安装在变幅杆小端，通过轴用弹性挡圈定位；正极滚针轴承外圈安装在外圈绝缘套内孔，外圈绝缘套安装在外套筒阶梯孔处，外套筒阶梯结构对外圈绝缘套轴向定位，外圈接线铜片位置处在外套筒出线孔，外圈绝缘垫片置于外套筒阶梯孔内；负极滚针轴承外圈置于轴承套的内孔中，轴承套螺纹部分与外套筒前端螺纹部分拧紧，压紧外圈绝缘垫片，前端盖安装在轴承套前端螺纹部分；正极滚针轴承外圈由外圈绝缘套及外圈绝缘垫片绝缘，内圈由内圈绝缘套及内圈绝缘垫片绝缘；外圈绝缘套内孔嵌入外圈接线铜片用作正极接线；正极接线方式为超声电源输出线接外圈接线铜片，外圈接线铜片与正极滚针轴承外圈接触导通，轴承内圈通过轴承滚子接触导通，内圈与内圈接线铜片接触导通，内圈接线铜片与换能器铜电极片正极部分导通；正极外圈由于外层有外圈绝缘套及外圈绝缘垫片作用，与外套筒及轴承套绝缘；正极内圈由于内圈绝缘套及内圈绝缘垫片作用，与换能器变幅杆绝缘；换能器负极接地，通过换能器变幅杆导通负极滚针轴承，负极滚针轴承与轴承套导通，从而与外壳导通，外壳与超声电源负极连接，实现负极接地；超声换能器正负极分别同超声电源正负极连接，实现电源对超声换能器供电激励；转动部分通过变幅杆后端螺纹孔与手钻前端转动部分连接；外壳固定部分及外圈通过外套筒后端螺纹部分与螺纹连接套固定，螺纹连接套与手钻前端固定部分固定。

本发明的优点在于：

(1)通过滚针轴承进行回转供电，结构简单可靠，安装简单，易于实现，便于维护；

(2)轴承耐冲击性能优于导电滑环供电及非接触式感应供电，可靠性强；

(3)滚针轴承能够增加超声加工系统回转部分的回转精度，且不破环回转部分动平衡；

(4)轴承供电对于换能器变幅杆结构影响小，对超声振动振幅抑制小，降低了能量的损耗。

附图说明

图1是本发明剖面结构示意图。

图2是本发明手钻换能器结构爆炸示意图。

图3是本发明供电部分结构爆炸示意图。

图4是本发明外套筒剖面结构示意图。

图5是本发明轴承套结构示意图。

图6是本发明正极滚针轴承外圈绝缘套结构示意图。

图7是本发明正极滚针轴承内圈绝缘套结构示意图。

图8是本发明螺纹连接套结构示意图。

图中：

1.前端盖 2.轴用弹性挡圈 3.负极滚针轴承

4.轴承套 5.外圈绝缘垫片 6.内圈绝缘套

7.正极滚针轴承 8.外圈绝缘套 9.外圈接线铜片

10.内圈绝缘垫片 11.内圈接线铜片 12.超声换能器

13.外套筒 14.螺纹连接套 15.手钻前端固定部分

16.手钻前端转动部分 121.变幅杆 1211.变幅杆凹槽

1212.变幅杆小端 1213.变幅杆轴阶梯结构 1214.变幅杆后端螺纹孔

1215.螺杆 122.压电陶瓷片 123.铜电极片

124.绝缘套 125.后盖板螺母. 131.外套筒前端螺纹部分

132.外套筒阶梯孔 133.外套筒阶梯结构 134.外套筒出线孔.

135.外套筒后端螺纹部分 41.轴承套内孔 42.轴承套螺纹部分

43.轴承套前端螺纹部分 81.外圈接线铜片安装槽 61.内圈接线铜片安装槽

141.连接套外螺纹部分 142.连接套内螺纹部分

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种接触式回转超声供电装置，依据附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8，对本发明的一种用于超声手钻的轴承供电装置各组成部分以及各组成部分之间的连接关系进行如下说明：

超声手钻主要由超声振动换能器和供电部分组成。超声换能器12为超声加工主要部件，供电部分正极和负极，均由滚针轴承供电。

换能器变幅杆121上有变幅杆轴阶梯结构1213能够对内圈绝缘套6进行定位，内圈绝缘套6安装在换能器变幅杆小端1212，正极滚针轴承7内圈安装在内圈绝缘套6外。负极滚针轴承3内圈安装在换能器变幅杆小端1212，轴用弹性挡圈2卡在变幅杆凹槽1211。内圈部分由以上结构固定。

外圈部分正极滚针轴承7外圈安装在外圈绝缘套8内孔，外圈绝缘套8安装在外套筒阶梯孔132处，外套筒阶梯结构133对外圈绝缘套8轴向定位，外圈接线铜片9位置处在外套筒出线孔134。外圈绝缘垫片5置于外套筒阶梯孔132内，轴承套螺纹部分42与外套筒前端螺纹部分131拧紧，压紧外圈绝缘垫片5。负极滚针轴承3外圈置于轴承套内孔41。前端盖1安装在轴承套前端螺纹部分43。外圈部分由以上结构固定。

超声加工所用超声振动换能器正极电压一般为几百伏正弦交流电，需进行绝缘。正极滚针轴承7外圈由外圈绝缘套8及外圈绝缘垫片5绝缘，内圈由内圈绝缘套6及内圈绝缘垫片10绝缘。外圈绝缘套内孔嵌入外圈接线铜片9用作正极接线。正极接线方式为超声电源输出线接外圈接线铜片9，外圈接线铜片9与正极滚针轴承7外圈接触导通，轴承内圈通过轴承滚子接触导通，内圈与内圈接线铜片11接触导通，内圈接线铜片11与换能器铜电极片123正极部分导通。正极外圈由于外层有外圈绝缘套8及外圈绝缘垫片5作用，与外套筒13及轴承套4绝缘；正极内圈由于内圈绝缘套6及内圈绝缘垫片10作用，与换能器变幅杆121绝缘。正极通过绝缘材料的包裹，避免与非正极部分的接触，防止短路漏电的发生。换能器负极接地即可，通过换能器变幅杆121导通负极滚针轴承3，负极滚针轴承3与轴承套3导通，从而与外壳导通，外壳与超声电源负极连接，实现负极接地。由此，超声换能器12正负极分别同超声电源正负极连接，可以实现电源对超声换能器12供电激励。

转动部分通过变幅杆后端螺纹孔1214与手钻前端转动部分16连接。外壳固定部分及外圈通过外套筒后端螺纹部分135与螺纹连接套14固定，螺纹连接套14与手钻前端固定部分15固定。

该外圈绝缘套8内孔有阶梯结构，用于正极滚针轴承7外圈定位，材料为绝缘材料。该绝缘套安装在外套筒阶梯孔132内，通过外套筒阶梯结构133定位。外圈绝缘套8内孔有外圈接线铜片安装槽81，用于固定外圈接线铜片9。

该外圈接线铜片9用于焊接连线，与正极滚针轴承7外圈良好接触。

该外圈绝缘垫片5为圆环状结构，与正极滚针轴承7外圈接触。用于正极滚针轴承7外圈的绝缘。

该内圈绝缘套6外有阶梯结构，用于正极滚针轴承7内圈定位，材料为绝缘材料。该绝缘套安装在变幅杆小端1212上，内圈绝缘套6外圆表面有内圈接线铜片安装槽61，用于固定内圈接线铜片。

该内圈接线铜片11用于焊线连接，与正极滚针轴承7内圈良好接触。

该内圈绝缘垫片10为圆环状结构，套在变幅杆小端1212上，通过变幅杆轴阶梯结构1213定位。与正极滚针轴承7内圈接触。用于正极滚针轴承7内圈的绝缘。

该外套筒前端螺纹部分131用于与轴承套4连接，外套筒阶梯孔132安装外圈绝缘套8。外套筒阶梯结构133用于外圈绝缘套8定位。外套筒出线孔134用于接线伸出。外套筒后端螺纹部分135用于与螺纹连接套14固定。

该螺纹连接套14的连接套内螺纹部分142用于与手钻前端固定部分15连接固定。连接套外螺纹部分141用于与外套筒13连接固定。

该超声换能器12由变幅杆121、压电陶瓷片122、后盖板螺母125、铜电极片123、绝缘套124组成；变幅杆121后端设有螺杆1215，其外径套有绝缘套124，后盖板螺母125内孔有螺纹通过一定的预紧力将压电陶瓷片122与铜电极片123压合在一起。从后端后盖板螺母125到变幅杆121，压电陶瓷与铜电极片依次堆叠。

该变幅杆121为阶梯状圆柱结构，保证基准同轴，后端设有螺杆1215，前端设有螺纹孔，用于装卡钻头。变幅杆前端有变幅杆凹槽1211，用于装卡轴用弹性挡圈2。变幅杆后端螺纹孔1214用于与手钻前端转动部分16连接。

该后盖板螺母125为内部带有螺纹孔的半圆柱型半螺母型结构，螺母型结构便于用套筒扳手拧紧螺母。后盖板螺母与压电陶瓷接触部分表面光滑。

该铜电极片123为圆环状结构，外径及内径与压电陶瓷片122保持一致，铜电极片外留出焊线点。

该绝缘套124为圆管状结构，材料为绝缘材料。绝缘套套在变幅杆121后端螺杆1215上，使变幅杆1210与铜电极片123之间绝缘。

实施例：

本发明为一种接触式回转超声供电装置，优选实例如图1所示。超声手钻主要由超声振动换能器和供电部分组成。超声换能器12为超声加工主要部件，供电部分正极和负极，均由滚针轴承供电。

换能器变幅杆121上有变幅杆轴阶梯结构1213能够对内圈绝缘套6进行定位，内圈绝缘套6安装在换能器变幅杆小端1212，正极滚针轴承7内圈安装在内圈绝缘套6外。负极滚针轴承3内圈安装在换能器变幅杆小端1212，轴用弹性挡圈2卡在变幅杆凹槽1211。内圈部分由以上结构固定。

外圈部分正极滚针轴承7外圈安装在外圈绝缘套8内孔，外圈绝缘套8安装在外套筒阶梯孔132处，外套筒阶梯结构133对外圈绝缘套8轴向定位，外圈接线铜片9位置处在外套筒出线孔134。外圈绝缘垫片5置于外套筒阶梯孔132内，轴承套螺纹部分42与外套筒前端螺纹部分131拧紧，压紧外圈绝缘垫片5。负极滚针轴承3外圈置于轴承套内孔41。前端盖1安装在轴承套前端螺纹部分43。外圈部分由以上结构固定。

转动部分通过变幅杆后端螺纹孔1214与手钻前端转动部分16连接。外壳固定部分及外圈通过外套筒后端螺纹部分135与螺纹连接套14固定，螺纹连接套14与手钻前端固定部分15固定。

该外圈绝缘套8内孔有阶梯结构，用于正极滚针轴承7外圈定位，材料为绝缘材料。该绝缘套安装在外套筒阶梯孔132内，通过外套筒阶梯结构133定位。外圈绝缘套8内孔有外圈接线铜片安装槽81，用于固定外圈接线铜片9。

该外圈接线铜片9用于焊接连线，与正极滚针轴承7外圈良好接触。

该外圈绝缘垫片5为圆环状结构，与正极滚针轴承7外圈接触。用于正极滚针轴承7外圈的绝缘。

该内圈绝缘套6外有阶梯结构，用于正极滚针轴承7内圈定位，材料为绝缘材料。该绝缘套安装在变幅杆小端1212上，内圈绝缘套6外圆表面有内圈接线铜片安装槽61，用于固定内圈接线铜片。

该内圈接线铜片11用于焊线连接，与正极滚针轴承7内圈良好接触。

该内圈绝缘垫片10为圆环状结构，套在变幅杆小端1212上，通过变幅杆轴阶梯结构1213定位。与正极滚针轴承7内圈接触。用于正极滚针轴承7内圈的绝缘。

该外套筒前端螺纹部分131用于与轴承套4连接，外套筒阶梯孔132安装外圈绝缘套8。外套筒阶梯结构133用于外圈绝缘套8定位。外套筒出线孔134用于接线伸出。外套筒后端螺纹部分135用于与螺纹连接套14固定。

该螺纹连接套14的连接套内螺纹部分142用于与手钻前端固定部分15连接固定。连接套外螺纹部分141用于与外套筒13连接固定。

该超声换能器12由变幅杆121、压电陶瓷片122、后盖板螺母125、铜电极片123、绝缘套124组成；变幅杆121后端设有螺杆1215，其外径套有绝缘套124，后盖板螺母125内孔有螺纹通过一定的预紧力将压电陶瓷片122与铜电极片123压合在一起。从后端后盖板螺母125到变幅杆121，压电陶瓷与铜电极片依次堆叠。

该变幅杆121为阶梯状圆柱结构，保证基准同轴，后端设有螺杆1215，前端设有螺纹孔，用于装卡钻头。变幅杆前端有变幅杆凹槽1211，用于装卡轴用弹性挡圈2。变幅杆后端螺纹孔1214用于与手钻前端转动部分16连接。

该后盖板螺母125为内部带有螺纹孔的半圆柱型半螺母型结构，螺母型结构便于用套筒扳手拧紧螺母。后盖板螺母与压电陶瓷接触部分表面光滑。

该铜电极片123为圆环状结构，外径及内径与压电陶瓷片122保持一致，铜电极片外留出焊线点。

该绝缘套124为圆管状结构，材料为绝缘材料。绝缘套套在变幅杆121后端螺杆1215上，使变幅杆1210与铜电极片123之间绝缘。

综上所述，可知该发明是一种用于超声手钻的轴承供电装置。工作过程中，气钻前端转动部分16与超声换能器12连接固定，超声换能器12转动。固定在变幅杆小端1212上的内圈绝缘套8、正极滚针轴承7内圈、负极滚针轴承3内圈、内圈绝缘垫片10、内圈接线铜片11、轴用弹性挡圈2均随气钻前端转动部分16转动。

超声加工所用超声振动换能器正极电压一般为几百伏正弦交流电，需进行绝缘。正极正极滚针轴承7外圈由外圈绝缘套8及外圈绝缘垫片5绝缘，内圈由内圈绝缘套6及内圈绝缘垫片10绝缘。外圈绝缘套内孔嵌入外圈接线铜片9用作正极接线。正极接线方式为超声电源输出线接外圈接线铜片9，外圈接线铜片9与正极滚针轴承7外圈接触导通，轴承内圈通过轴承滚子接触导通，内圈与内圈接线铜片11接触导通，内圈接线铜片11与换能器铜电极片123正极部分导通。正极外圈由于外层有外圈绝缘套8及外圈绝缘垫片5作用，与外套筒13及轴承套4绝缘；正极内圈由于内圈绝缘套6及内圈绝缘垫片10作用，与换能器变幅杆121绝缘。正极通过绝缘材料的包裹，避免与非正极部分的接触，防止短路漏电的发生。换能器负极接地即可，通过换能器变幅杆121导通负极滚针轴承3，负极滚针轴承3与轴承套3导通，从而与外壳导通，外壳与超声电源负极连接，实现负极接地。由此，超声换能器12正负极分别同超声电源正负极连接，可以实现电源对超声换能器12供电激励。工作过程中压电陶瓷片122由于逆压电效应，变幅杆121传递并放大振动振幅。变幅杆前端可以接钻头，进行超声加工，大幅提高钻孔效率和工艺效果。

以上所述，仅为本发明部分具体实例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员，在本发明揭露的技术范围内，轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轴承供电的超声手钻，包括超声振动换能器、供电部分、前端盖、轴承套、外套筒、螺纹连接套、手钻前端固定部分、手钻前端转动部分；

超声振动换能器包括变幅杆、压电陶瓷片、后盖板螺母、铜电极片和绝缘套；变幅杆为阶梯状圆柱结构，前端、后端均设有螺纹孔，前端螺纹孔用于装卡钻头，后端螺纹孔用于与手钻前端转动部分连接；变幅杆前端还设有变幅杆凹槽，用于装卡轴用弹性挡圈，后端还设有螺杆，其外径套有绝缘套，后盖板螺母内孔设有螺纹，通过预紧力将压电陶瓷片与铜电极片压合在一起，从后端后盖板螺母到变幅杆，压电陶瓷片与铜电极片依次堆叠；

供电部分包括内圈绝缘套、正极滚针轴承、外圈绝缘套、外圈接线铜片、内圈绝缘垫片、内圈接线铜片、外圈绝缘垫片、负极滚针轴承和轴用弹性挡圈；内圈绝缘套安装在变幅杆小端，变幅杆上的阶梯结构对内圈绝缘套进行定位，正极滚针轴承内圈安装在内圈绝缘套外，负极滚针轴承内圈安装在变幅杆小端，通过轴用弹性挡圈定位；正极滚针轴承外圈安装在外圈绝缘套内孔，外圈绝缘套安装在外套筒阶梯孔处，外套筒阶梯结构对外圈绝缘套轴向定位，外圈接线铜片位置处在外套筒出线孔，外圈绝缘垫片置于外套筒阶梯孔内；负极滚针轴承外圈置于轴承套的内孔中，轴承套螺纹部分与外套筒前端螺纹部分拧紧，压紧外圈绝缘垫片，前端盖安装在轴承套前端螺纹部分；正极滚针轴承外圈由外圈绝缘套及外圈绝缘垫片绝缘，正极滚针轴承内圈由内圈绝缘套及内圈绝缘垫片绝缘；外圈绝缘套内孔嵌入外圈接线铜片用作正极接线；正极接线方式为超声电源输出线接外圈接线铜片，外圈接线铜片与正极滚针轴承外圈接触导通，正极滚针轴承内圈通过轴承滚子接触导通，正极滚针轴承内圈与内圈接线铜片接触导通，内圈接线铜片与换能器铜电极片正极部分导通；正极滚针轴承外圈由于外层有外圈绝缘套及外圈绝缘垫片作用，与外套筒及轴承套绝缘；正极滚针轴承内圈由于内圈绝缘套及内圈绝缘垫片作用，与换能器变幅杆绝缘；换能器负极接地，通过换能器变幅杆导通负极滚针轴承，负极滚针轴承与轴承套导通，从而与外壳导通，外壳与超声电源负极连接，实现负极接地；超声换能器正负极分别同超声电源正负极连接，实现电源对超声换能器供电激励；超声换能器转动部分通过变幅杆后端螺纹孔与手钻前端转动部分连接；超声换能器外壳固定部分及超声换能器外圈通过外套筒后端螺纹部分与螺纹连接套固定，螺纹连接套与手钻前端固定部分固定。

2.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的后盖板螺母为内部带有螺纹孔的半圆柱型半螺母型结构，后盖板螺母与压电陶瓷片接触部分表面光滑。

3.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的铜电极片为圆环状结构，外径及内径与压电陶瓷片一致，铜电极片外留出焊线点。

4.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的外圈绝缘套内孔有外圈接线铜片安装槽，用于固定外圈接线铜片。

5.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的外圈接线铜片用于焊接连线，与正极滚针轴承外圈良好接触。

6.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的外圈绝缘垫片为圆环状结构，与正极滚针轴承外圈接触。

7.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的内圈绝缘套外圆表面有内圈接线铜片安装槽，用于固定内圈接线铜片。

8.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的内圈接线铜片用于焊线连接，与正极滚针轴承内圈良好接触。

9.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的内圈绝缘垫片为圆环状结构，与正极滚针轴承内圈接触，用于正极滚针轴承内圈的绝缘。

10.根据权利要求1所述的一种轴承供电的超声手钻，所述的外套筒前端螺纹部分用于与轴承套连接，外套筒阶梯孔安装外圈绝缘套；外套筒阶梯结构用于外圈绝缘套定位；外套筒出线孔用于接线伸出；外套筒后端螺纹部分用于与螺纹连接套固定。