CN108746675A

CN108746675A - 基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置

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Publication number: CN108746675A
Application number: CN201810957640.XA
Authority: CN
Inventors: 赵波; 原路生; 李鹏涛; 王毅; 赵重阳; 王晓博
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2018-11-06

Abstract

本发明公开了一种基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，其电机的旋转轴外壳上设置有冷却腔，所述冷却腔的一侧设置有外循环入口，所述冷却腔的另一侧设置有外循环排液口，所述外循环入口通过第一溢流阀和管路与分流阀连接，贯穿所述打刀缸机构、中空拉杆、超声刀柄和内冷却刀具的中心设置有贯通孔或贯通管，所述打刀缸机构的后端设置有旋转接头，所述贯通孔或贯通管构成内循环，所述内循环的入口通过所述旋转接头与第二溢流阀连通，并通过管路与所述分流阀连通，所述分流阀与冷却液供给机构连通，所述外循环排液口和内循环的排液口将冷却液回流到所述冷却液供给机构。本发明采用内外双冷却，有效提高了冷却的效率，且更节省空间，经济效益好。

Description

基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置

技术领域：

本发明涉及一种超声电主轴传动装置，特别是涉及一种基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置。

背景技术：

随着现代产品中硬脆材料所占比例越来越大，对机械零件加工质量的要求越来越高，超声加工技术得到了广泛的应用。传统的超声加工较多采用将普通刀柄更换为超声刀柄的方式实现，随着现代加工时切削速度和加工要求的不断提升，旋转超声装置的电能传输和主轴的冷却是所面临的问题之一。研究表明，超声装置的发热主要是集中在超声换能器和刀具，所以研制了一种基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴装置，将无线电能传输装置集成到电主轴外壳，而且可通过内部循环冷却对主轴内部电机区域进行冷却，同时可通过拉杆的中空设计对换能器及内冷却刀具进行冷却。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、减小占用空间、冷却效果好且能在旋转加工中使用的基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置。

本发明的技术方案是：

一种基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，包括打刀缸机构、电机、主轴外壳、中空拉杆、拉刀机构、超声加工刀柄、内冷却刀具和无线电能传输机构，所述电机的旋转轴外壳上设置有冷却腔，所述冷却腔的一侧设置有外循环入口，所述冷却腔的另一侧设置有外循环排液口，所述外循环入口通过第一溢流阀和管路与分流阀连接，贯穿所述打刀缸机构、中空拉杆、超声刀柄和内冷却刀具的中心设置有贯通孔或贯通管，所述打刀缸机构的后端设置有旋转接头，所述贯通孔或贯通管构成内循环，所述内循环的入口通过所述旋转接头与第二溢流阀连通，并通过管路与所述分流阀连通，所述分流阀与冷却液供给机构连通，所述外循环排液口和内循环的排液口将冷却液回流到所述冷却液供给机构。

所述打刀缸机构包括打刀缸外壳和打刀缸，所述打刀缸安装于所述打刀缸外壳内，所述中空拉杆的一端与所述旋转接头连接，所述旋转接头保持一端旋转一端固定状态；所述中空拉杆的另一端依次通过打刀缸、主轴旋转轴和拉刀机构与所述超声加工刀柄通过直插式接头连接。

所述无线电能传输机构由无线电能传输盘上盘和无线电能传输盘下盘两部分组成，所述无线电能传输盘上盘通过螺栓安装于电主轴底端，所述无线电能传输盘上盘底面对应轴线方向设置有无线电能传输盘下盘，所述无线电能传输盘下盘固定于所述配套超声刀柄外部。

所述无线电能传输机构由无线电能传输环外环和无线电能传输环内环两部分组成，所述无线电能传输环的外环安装于电主轴外壳内，所述无线电能传输环外环内圆孔部对应的位置设置有无线电能传输环内环，所述无线电能传输环内环固定于所述配套超声刀柄的外部。

所述超声加工刀柄分别由刀柄外壳、变幅杆、换能器和无线电能传输装置组成，通过调整主轴的拉刀机构的型号和刀柄型号，能够适用于HSK、SK、BT型号的超声刀柄。

所述外循环和内循环经过所述分流阀后共用一个冷却液供给机构，所述外循环排液口和内循环排液口通过滤网后排入所述冷却液供给机构以循环使用。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过对打刀缸外侧的旋转接头注入冷却液，冷却液依次通过旋转接头、中空拉杆、直插式接头、刀柄内部冷却管道和内冷却刀具后排出，实现主轴、刀柄内部换能器和内冷却刀具的内冷却功能，可以有效提高超声刀柄内换能器和内冷却刀具的冷却效果，且通过内冷却可有效避免外冷却加工时装置内部的渗水问题。

2、本发明通过对电机旋转轴外侧外壳加工中空冷却腔，电机旋转轴外侧外壳一侧具有冷却液入水口，另一侧具有冷却液出水口，冷却液通过入水口进入后完成对主轴旋转轴和电机部分的冷却，升温后的冷却液由另一侧的冷却液出水口排出，通过滤网后排入油泵循环使用，可节约冷却液的使用，并可对旋转主轴和电机部分进行冷却。

3、本发明为保证旋转加工时超声刀柄的电能传输，进行安装无线电能传输装置，装置可以采用两种形式的任何一种：一是分别由无线电能传输盘上盘和无线电能传输盘下盘两部分组成，无线电能传输盘上盘通过螺栓安装于电主轴外壳底端，无线电能传输盘上盘底面对应轴线方向设置有无线电能传输盘下盘，无线电能传输盘下盘固定于所述配套超声刀柄外部；二是无线电能传输装置，也可分别由无线电能传输环外环和无线电能传输环内环两部分组成，无线电能传输环外环安装于电主轴外壳内，无线电能传输环内环固定于所述配套超声刀柄的外部。相对于传统超声装置，不仅有效节省了装置空间，安装更加方便简单，并且在进行旋转加工时可防止冷却液渗透入无线电能传输系统造成短路。

4、本发明为保证所述装置的通用性，配套的超声加工刀柄，分别由刀柄外壳、变幅杆、换能器和无线电能传输装置组成，可通过调整主轴的拉刀装置型号和刀柄型号，就可适用于HSK、SK、BT型号的超声刀柄，易于推广实施，具有良好的经济效益。

5、本发明为保证所述装置安全性，在两套冷却系统的进液分流管道处安装溢流阀，溢流阀可实时保证系统内液体压力，超过压力值上限时自动排出多余的液体，使设备整体的安全系数和稳定性极大的提高。

附图说明：

图1为基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置的示意图之一；

图2为基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置的示意图之二；

图3为基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置的油液循环图。

具体实施方式：

实施例：参见图1-图3，图中，1-旋转接头，2-打刀缸机构，3-打刀缸外壳，4-中空拉杆，5-弹簧密封圈，6-外循环排液口，7-第一轴承组，8-冷却腔，9-定子，10-转子，11-碟性弹簧组，12-电机旋转轴外壳，13-弹簧密封圈，14-第二轴承组，15-弹性夹爪，16-拉刀机构，17-直插式接头，18-主轴外壳，19-无线电能传输环外环，20-航空插座，21-外循环入口，22-第一溢流阀，23-第二溢流阀，24-分流阀，25-拉钉，26-贯通孔或贯通管，27-无线电能传输环内环，28-换能器，29-超声刀柄外壳，30-变幅杆，31-直插式接头，32-内冷却刀具，33旋转轴，34无线电能传输盘上盘，35无线电能传输盘下盘。

基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置包括打刀缸机构2、电机、主轴外壳18、中空拉杆4、拉刀机构16、超声加工刀柄、内冷却刀具32和无线电能传输机构，其中：电机的旋转轴外壳12上设置有冷却腔8，冷却腔8的一侧设置有外循环入口21，冷却腔8的另一侧设置有外循环排液口6，外循环入口21通过第一溢流阀22和管路与分流阀24连接，贯穿打刀缸机构2、中空拉杆4、超声加工刀柄和内冷却刀具32的中心设置有贯通孔或贯通管26，打刀缸机构2的后端设置有旋转接头1，贯通孔或贯通管26构成内循环，内循环的入口通过旋转接头1与第二溢流阀23连通，并通过管路与分流阀14连通，分流阀24与冷却液供给机构连通，外循环排液口6和内循环的排液口（从内冷却刀具32的中心孔流出）将冷却液回流到冷却液供给机构，以供循环使用。

打刀缸外壳3、电机旋转轴外壳12和主轴外壳18共同构成整个装置的外壳。打刀缸外壳3安装于装置后端，打刀缸机构2安装于打刀缸外壳3内；中空拉杆4的一端与打刀缸外壳3后端旋转接头1连接，旋转接头1两侧保持一端旋转一端固定状态；中空拉杆4的另一端依次通过打刀缸机构2、中空拉杆4和拉刀机构16与超声加工刀柄通过直插式接头17连接。

中空拉杆4、旋转轴33、定子9、转子10、第一轴承组7、第二轴承组14、电机旋转轴外壳12和主轴外壳18组成主轴旋转系统；其中壳体中轴线位置设有旋转轴33，旋转轴33外侧套有转子10，电机旋转轴外壳12与转子10对应部分设有定子9；旋转轴33两端分别固定有第一轴承组7和第二轴承组14，其中第一轴承组7外侧固定于电机旋转轴外壳12内壁、第二轴承组14外侧固定于主轴外壳18内壁；旋转轴33具有中心通孔，内侧连接，旋转轴33与中空拉杆4之间设有碟性弹簧11，旋转轴33与中空拉杆4上下两端设有弹簧密封圈5和弹簧密封圈13。

无线电能传输机构分别可以采用两种方式设置，第一种方式：包括无线电能传输环外环19、无线电能传输环内环27、航空插座20、主轴外壳18和超声刀柄外壳29；其中无线电能传输环外环19设在主轴外壳18内部，无线电能传输环外环19的内圆孔部对应的位置设有无线电能传输环内环27，固定于超声刀柄外壳29外侧；在主轴外壳18外侧一端设有航空插座20，航空插座20内侧通过导线与无线传输环外环19连接。第二种方式：包括无线电能传输盘上盘34、无线电能传输盘下盘35、航空插座20、主轴外壳18和超声刀柄外壳29；其中无线电能传输盘上盘34设在主轴外壳18底端，通过螺栓进行固定，无线电能传输盘上盘34底部向下对应位置设有无线电能传输盘下盘35，固定于超声刀柄外壳29外侧；在主轴外壳18外侧一端设有航空插座20，航空插座20内侧通过导线与无线传输盘上盘34连接。

中空拉杆4、拉刀机构16、拉钉25、打刀缸机构2和旋转轴33组成拉刀机构16；其中拉刀机构16与中空拉杆4相连接，拉刀机构16设在旋转轴33底部，旋转轴33内侧与中空拉杆4固定连接，拉钉25被安装后固定于拉刀机构16内侧。

配套的超声加工刀柄分别由刀柄内部中空管26、超声刀柄外壳29、变幅杆30、直插式接头31、内冷却刀具32、换能器28和无线电能传输环外环27或无线电能传输盘下盘35组成；其中无无线电能传输环外环27或无线电能传输盘下盘35设在超声刀柄外壳29外侧，超声刀柄外壳29内腔设有刀柄内部中空管26依次贯穿换能器28和变幅杆30；刀柄内部中空管26上下两端分别安装有直插式接头31和直插式接头17；内冷却刀具32通过弹簧夹头固定于变幅杆底部，内冷却刀具32顶部与直插式接头31连接。

工作时，启动冷却液供给机构，冷却液经过分流阀24进入外循环和内循环，根据需要，能够调节外循环和内循环的流量，在两套冷却系统的进液分流管道处安装溢流阀，溢流阀可实时保证系统内液体压力，超过压力值上限时自动排出多余的液体，使设备整体的安全系数和稳定性极大的提高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，包括打刀缸机构、电机、主轴外壳、中空拉杆、拉刀机构、超声加工刀柄、内冷却刀具和无线电能传输机构，其特征是：所述电机的旋转轴外壳上设置有冷却腔，所述冷却腔的一侧设置有外循环入口，所述冷却腔的另一侧设置有外循环排液口，所述外循环入口通过第一溢流阀和管路与分流阀连接，贯穿所述打刀缸机构、中空拉杆、超声刀柄和内冷却刀具的中心设置有贯通孔或贯通管，所述打刀缸机构的后端设置有旋转接头，所述贯通孔或贯通管构成内循环，所述内循环的入口通过所述旋转接头与第二溢流阀连通，并通过管路与所述分流阀连通，所述分流阀与冷却液供给机构连通，所述外循环排液口和内循环的排液口将冷却液回流到所述冷却液供给机构。

2.根据权利要求1所述的基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，其特征是：所述打刀缸机构包括打刀缸外壳和打刀缸，所述打刀缸安装于所述打刀缸外壳内，所述中空拉杆的一端与所述旋转接头连接，所述旋转接头保持一端旋转一端固定状态；所述中空拉杆的另一端依次通过打刀缸、主轴旋转轴和拉刀机构与所述超声加工刀柄通过直插式接头连接。

3.根据权利要求1所述的基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，其特征是：所述无线电能传输机构由无线电能传输盘上盘和无线电能传输盘下盘两部分组成，所述无线电能传输盘上盘通过螺栓安装于电主轴底端，所述无线电能传输盘上盘底面对应轴线方向设置有无线电能传输盘下盘，所述无线电能传输盘下盘固定于所述配套超声刀柄外部。

4.根据权利要求1所述的基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，其特征是：所述无线电能传输机构由无线电能传输环外环和无线电能传输环内环两部分组成，所述无线电能传输环的外环安装于电主轴外壳内，所述无线电能传输环外环内圆孔部对应的位置设置有无线电能传输环内环，所述无线电能传输环内环固定于所述配套超声刀柄的外部。

5.根据权利要求1所述的基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，其特征是：所述超声加工刀柄分别由刀柄外壳、变幅杆、换能器和无线电能传输装置组成，通过调整主轴的拉刀机构的型号和刀柄型号，能够适用于HSK、SK、BT型号的超声刀柄。

6.根据权利要求1所述的基于水冷方式的双路循环冷却超声电主轴传动装置，其特征是：所述外循环和内循环经过所述分流阀后共用一个冷却液供给机构，所述外循环排液口和内循环排液口通过滤网后排入所述冷却液供给机构以循环使用。