CN110842770A - 高速超声波液体静压式磨削电主轴 - Google Patents

Abstract

一种高速超声波液体静压式磨削电主轴，包括主轴、套固在主轴上的转子、内部设有与转子配合的定子的壳体，主轴的前部通过轴承支承在壳体上，其前端通过联动轴套安装有联动轴；联动轴的端部安装有磨削头；还包括安装在主轴的前部并在主轴转动时用于驱动主轴进行高频机械振动的超声波振动装置、安装在主轴的后部并在主轴转动时用于使主轴的前端浮起的液压浮动装置，超声波振动装置使磨削头与工件表面高频接触振动摩擦，相比传统磨削头而言，对磨削头起到一定的保护作用，并使磨削效率更高，磨削质量更好；液压浮动装置使主轴的前端浮起，相比传统磨削电主轴而言，减少了主轴和轴承之间的摩擦损伤，延长了主轴使用寿命，平稳性能更好。

Description

高速超声波液体静压式磨削电主轴

技术领域

本发明属于超硬材料磨削加工技术领域，特别涉及一种高速超声波液体静压式磨削电主轴。

背景技术

超硬材料在工业上被广泛应用，除了用来制造工具以外，在光学、电学、热学方面也具有一些特殊性能，是一种重要的功能材料，因而引起了人们的高度重视。但超硬材料的加工生产却比较困难，在超硬材料的磨削加工技术领域，传统的磨削工具效率较低，且刀具容易损坏，因而多采用磨削电主轴。

但现有的磨削电主轴多为传统的电主轴结构，其在超硬材料的磨削加工方面难以长期胜任，主要表现为长时间、高硬度的磨削对主轴的平稳性、刚性方面是一种考验，为解决这一难题，本发明特提供一种高速超声波液体静压式磨削电主轴装置。

发明内容

针对传统磨削电主轴在超硬材料磨削加工方面工作效率低、刀具容易损坏的缺陷，本发明的目的在于提供一种可持续磨削加工超硬材料并且刀具不易损坏、平稳性能更好、效率更高的高速超声波液体静压式磨削电主轴。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种高速超声波液体静压式磨削电主轴，包括主轴、套固在主轴上的转子、内部设有与转子配合的定子的壳体，主轴的前部通过轴承支承在壳体上，其前端通过联动轴套安装有联动轴；联动轴的端部安装有磨削头；还包括安装在主轴的前部并在主轴转动时用于驱动主轴进行高频机械振动的超声波振动装置、安装在主轴的后部并在主轴转动时用于使主轴的前端浮起的液压浮动装置。

进一步的，超声波振动装置包括通过轴承和卡簧安装在主轴的前部并在主轴转动时将电能转化为声能以驱动主轴进行高频机械振动的有源传感器、位于电主轴外侧并通过导线与有源传感器电性连接的超声波发生器。

进一步的，液压浮动装置包括套装在主轴后部的外侧且内部设有油道、外部设有与前述油道连通以供液压油进入油道的进油口的径向轴承座、夹设于径向轴承座的前端与壳体之间且靠近主轴的端部设有凸台的封油法兰、通过紧固件安装在径向轴承座后端的防油盖，径向轴承座、防油盖、封油法兰及主轴共同构成一个供液压油流动的腔室，径向轴承座的外部设有与前述腔室连通以供液压油从腔室流出的第一出油口；还包括通过主轴的轴肩及径向轴承座内的第一台阶安装在主轴的外侧并用于使主轴的前端浮起的静压径向轴承。

进一步的，静压径向轴承的外表面设有与径向轴承座内部的油道连通的第一环形油道，其内表面沿周向间隔设有通过多个第一节流孔与第一环形油道连通以供液压油进入在主轴和静压径向轴承之间形成油膜使主轴的前端浮起的多个第一环形油腔、沿轴向设有供多余的液压油流至腔室的第一回油槽，其靠近主轴轴肩的端部设有供从第一回油槽靠近主轴轴肩的端部流出的液压油通过对应的油孔流入的卸油槽，其内部设有与卸油槽连通以供流入卸油槽内的液压油流动至腔室后从第一出油口流出的回油道。

进一步的，液压浮动装置还包括通过径向轴承座内的第二台阶及封油法兰的凸台安装在主轴的外侧并用于使主轴的前端浮起的静压径向辅助轴承。

进一步的，静压径向辅助轴承的外表面设有与径向轴承座内部的油道连通的第二环形油道、内表面沿周向间隔设有通过第二节流孔与第二环形油道连通以供液压油进入在主轴和静压径向辅助轴承之间形成油膜使主轴的前端浮起的第二环形油腔，封油法兰的外部设有第二出油口、端部的凸台设有第二腔室；静压径向辅助轴承的内表面沿轴向设有两端部分别与腔室、第二腔室连通以供多余的液压油从第一出油口、第二出油口流出的第二回油槽。

进一步的，防油盖的后侧安装有防尘盖。

进一步的，主轴的前部通过单列角接触球轴承支承在壳体上。

本发明一种高速超声波液体静压式磨削电主轴的前端被静压径向轴承和静压径向辅助轴承内表面的环形油腔内的液压油浮起，相比传统磨削电主轴而言，减少了主轴和轴承之间的摩擦损伤，延长了主轴使用寿命，平稳性能更好。并且主轴通过转子直接带动，相比传统皮带传动而言，更节能且节约空间。同时主轴前部设有超声波振动装置，起到使磨削头与工件表面高频接触振动摩擦的作用，相比传统磨削头而言，对磨削头起到一定的保护作用，并使磨削效率更高，磨削质量更好。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一种高速超声波液体静压式磨削电主轴实施例的三维轴测图。

图2为本发明实施例的结构示意图。

图3为本发明实施例中超声波振动装置的放大示意图。

图4为本发明实施例中液压浮动装置的放大示意图。

图5至图6为本发明实施例中静压径向轴承的放大示意图。

图7至图8为本发明实施例中静压径向辅助轴承的放大示意图。

【附图标记】

1-防尘盖 2-防油盖 3-主轴 4-静压径向轴承 5-静压径向辅助轴承

7-小轴承座 8-径向轴承座 9-出油口 10-出油口 11-紧固件

12-进油口 13-联动轴 14-有源传感器 15-卡簧 16-联动轴套

17-转子 18-转子 19-壳体 20-过渡法兰 21-封油法兰

23-磨削头 24-垫片 25-锁紧螺母 26-超声波发生器

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。为便于说明，本

实施例将防尘盖所在的位置定义为“后”、磨削头所在的位置定义为“前”。

请参阅图1及图2，本发明一种高速超声波液体静压式磨削电主轴包括主轴3、位于主轴外侧的壳体19、位于主轴前端的磨削头23，主轴3的前部依次套装有过渡法兰20、单列角接触球轴承6、转子17，转子17通过前后平衡环限位在主轴3上且二者之间通过两个平键进行连接，壳体19的内部设有与前述转子配合的定子18，单列角接触球轴承6安装在轴承座7上，轴承座7的前端与过渡法兰20通过第一紧固螺栓11固接、后端与壳体19通过第二紧固螺栓22固接；主轴3的前端通过联动轴套16安装有联动轴13，联动轴套16的端部与过渡法兰20相抵接，联动轴13的端部通过垫片24及锁紧螺母25安装有磨削头23。转子17通电后主轴3进行高速转动，带动磨削头23同步转动，进行磨削作业。

在前述结构的基础上，本发明提出的电主轴还包括安装在主轴3的前部并在主轴转动时驱动主轴进行高频机械振动的超声波振动装置。

请参阅1至图3，本实施例中超声波振动装置包括通过位于后方的单列角接触球轴承6和位于前方的卡簧15固定在主轴3前部的有源传感器14、位于电主轴外侧并通过导线与有源传感器14电性连接的超声波发生器26。超声波发生器26通电后，将市电转换为与有源传感器14相匹配的高频交流信号，驱动有源传感器14工作，有源传感器14将电能转换为声能，驱动主轴3产生高速超声波振动，主轴3产生的高频机械振动通过联动轴13传递给磨削头23，使磨削头23在轴向转动的同时也沿径向进行微小高频机械振动，从而避免磨削头与工件长期摩擦接触而损坏，进而也提高了磨削效率和磨削质量。

在前述结构的基础上，本发明提出的电主轴还包括安装在主轴3的后部并在主轴转动时用于使主轴的前端浮起的液压浮动装置。

请参阅图1、图2、图4至图8，本实施例中液压浮动装置包括套装在主轴3后部的外侧且内部设有油道、外部设有与前述油道连通以供液压油进入油道的进油口12的径向轴承座8，夹设于径向轴承座的前端与壳体之间且靠近主轴的端部设有凸台的封油法兰21，通过紧固件安装在径向轴承座后端的防油盖2及防尘盖1；所述径向轴承座、防油盖、封油法兰及主轴共同构成一个供液压油流动的腔室，径向轴承座8的外部设有与前述腔室连通以供液压油从腔室流出的第一出油口9。液压浮动装置还包括通过主轴的轴肩及径向轴承座内的第一台阶安装在主轴3的外侧并用于使主轴3的前端浮起的静压径向轴承4，本实施例中静压径向轴承4的外表面沿周向间隔设有与径向轴承座内部的油道均连通的两个第一环形油道401，其内表面沿周向间隔设有通过多个第一节流孔403与第一环形油道401连通以供液压油进入在主轴和静压径向轴承之间形成油膜使主轴的前端浮起的多个第一环形油腔402、沿轴向设有供多余的液压油流至腔室的第一回油槽405，其靠近主轴轴肩的端部沿周向间隔设有供从第一回油槽靠近主轴轴肩的端部流出的液压油通过对应的油孔流入的卸油槽404，其内部设有与卸油槽连通以供流入卸油槽内的液压油流动至腔室后从第一出油口9流出的回油道406。更进一步的，为提高浮动效果，液压浮动装置还包括通过径向轴承座内的第二台阶及封油法兰的凸台安装在主轴3的外侧并用于使主轴的前端浮起的静压径向辅助轴承5，本实施例中静压径向辅助轴承5的外表面设有与径向轴承座内部的油道连通的第二环形油道501、内表面沿周向间隔设有通过多个第二节流孔503与第二环形油道501连通以供液压油进入在主轴和静压径向辅助轴承之间形成油膜使主轴的前端浮起的第二环形油腔502，封油法兰21的外部设有第二出油口10、端部的凸台设有第二腔室，所述静压径向辅助轴承5的内表面沿轴向设有两端部分别与腔室、第二腔室连通以供多余的液压油从第一出油口、第二出油口流出的第二回油槽504。

液压浮动装置的工作原理为：液压油通过径向轴承座8上的进油口12流入其内部的油道，而后分别流入静压径向轴承4外表面的第一环形油道、静压径向辅助轴承5外表面的第二环形油道，再通过环形油道上的节流孔流入到静压径向轴承4内表面的第一环形油腔、静压径向辅助轴承5的第二环形油腔中，从而在主轴3和静压径向轴承4、静压径向辅助轴承5之间形成一层油膜，当油压达到预定值时主轴便可浮起。液压油浮起主轴的同时，多余的液压油部分通过回油槽流入卸油槽、再通过卸油槽里面的回油道流入主轴3和径向轴承座8之间的腔室内、而后再通过径向轴承座8上的第一出油口9流出轴体，另一部分先流入封油法兰端部的第二腔室内、而后再通过封油法兰21上的第二出油口10流出轴体。液压油流动的过程中，由于径向轴承座8通过紧固件与封油法兰21和防油盖2紧密连接，所以液压油被完全密封在径向轴承座8和主轴3之间，不会出现漏油现象。

本发明一种高速超声波液体静压式磨削电主轴的具体工作过程为：工作前先通入液压油，液压油流经径向轴承座8内部的油道后进入静压径向轴承4内表面的第一环形油腔以及静压径向辅助轴承5内表面的第二环形油腔中，从而在主轴3和静压径向轴承、静压径向辅助轴承之间形成一层油膜，减少主轴的摩擦损伤程度，使传动更加平稳，调节油压达到预定值，使液压油有足够压力可以浮起主轴。而后使主轴通电转动，同时打开超声波发生器26，使有源传感器14工作。磨削头23在主轴的带动下高速旋转，在有源传感器的作用下产生微小高频机械振动，与工件高频接触摩擦，工件表面的微观峰谷被磨平，同时工件表层金属产生塑性变形强化，形成压应力，增大了工件表面的硬度。

以上所述的具体实施例，对本发明的性能优点进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速超声波液体静压式磨削电主轴，包括主轴、套固在主轴上的转子、内部设有与转子配合的定子的壳体，主轴的前部通过轴承支承在壳体上，其前端通过联动轴套安装有联动轴；联动轴的端部安装有磨削头，其特征在于还包括安装在主轴的前部并在主轴转动时用于驱动主轴进行高频机械振动的超声波振动装置、安装在主轴的后部并在主轴转动时用于使主轴的前端浮起的液压浮动装置。

2.根据权利要求1所述的高速超声波液体静压式磨削电主轴，其特征在于超声波振动装置包括通过轴承和卡簧安装在主轴的前部并在主轴转动时将电能转化为声能以驱动主轴进行高频机械振动的有源传感器、位于电主轴外侧并通过导线与有源传感器电性连接的超声波发生器。

3.根据权利要求1所述的高速超声波液体静压式磨削电主轴，其特征在于液压浮动装置包括套装在主轴后部的外侧且内部设有油道、外部设有与前述油道连通以供液压油进入油道的进油口的径向轴承座、夹设于径向轴承座的前端与壳体之间且靠近主轴的端部设有凸台的封油法兰、通过紧固件安装在径向轴承座后端的防油盖，径向轴承座、防油盖、封油法兰及主轴共同构成一个供液压油流动的腔室，径向轴承座的外部设有与前述腔室连通以供液压油从腔室流出的第一出油口；还包括通过主轴的轴肩及径向轴承座内的第一台阶安装在主轴的外侧并用于使主轴的前端浮起的静压径向轴承。

4.根据权利要求3所述的高速超声波液体静压式磨削电主轴，其特征在于静压径向轴承的外表面设有与径向轴承座内部的油道连通的第一环形油道，其内表面沿周向间隔设有通过多个第一节流孔与第一环形油道连通以供液压油进入在主轴和静压径向轴承之间形成油膜使主轴的前端浮起的多个第一环形油腔、沿轴向设有供多余的液压油流至腔室的第一回油槽，其靠近主轴轴肩的端部设有供从第一回油槽靠近主轴轴肩的端部流出的液压油通过对应的油孔流入的卸油槽，其内部设有与卸油槽连通以供流入卸油槽内的液压油流动至腔室后从第一出油口流出的回油道。

5.根据权利要求3所述的高速超声波液体静压式磨削电主轴，其特征在于液压浮动装置还包括通过径向轴承座内的第二台阶及封油法兰的凸台安装在主轴的外侧并用于使主轴的前端浮起的静压径向辅助轴承。

6.根据权利要求5所述的高速超声波液体静压式磨削电主轴，其特征在于静压径向辅助轴承的外表面设有与径向轴承座内部的油道连通的第二环形油道、内表面沿周向间隔设有通过第二节流孔与第二环形油道连通以供液压油进入在主轴和静压径向辅助轴承之间形成油膜使主轴的前端浮起的第二环形油腔，封油法兰的外部设有第二出油口、端部的凸台设有第二腔室；静压径向辅助轴承的内表面沿轴向设有两端部分别与腔室、第二腔室连通以供多余的液压油从第一出油口、第二出油口流出的第二回油槽。

7.根据权利要求3所述的高速超声波液体静压式磨削电主轴，其特征在于防油盖的后侧安装有防尘盖。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的高速超声波液体静压式磨削电主轴，其特征在于主轴的前部通过单列角接触球轴承支承在壳体上。

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