CN113560611B - 双向波超声波自动换刀电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双向波超声波自动换刀电主轴，包括电主轴本体及转子轴，转子轴穿过轴承内圈实现转动，转子轴的刀头处安装有轴向振子及径向振子，轴向振子及径向振子分别套设在轴承的外端面，轴向振子及径向振子与超声波驱动器连接，轴向振子能够对轴承轴向激振，径向振子能够对轴承径向激振，轴承外套设有弹性变形垫，弹性变形垫两端分别与轴向振子、径向振子相抵靠。本发明采取轴向与径向振动叠加的方法，对旋转刀头进行激振，根据切削效果可以同频同相，也可以同频不同相，或交替进行激振，最终使转子轴在轴向振动同时也在作径向振动，形成双向振动。本发明安装简单、结构牢固，工作稳定，可轴向、径向切削。
Description
技术领域
本发明涉及电主轴技术领域，尤其涉及一种针对超硬材料进行切削加工的双向波超声波自动换刀电主轴。
背景技术
在当前高端制造中，超硬材料的切削加工是一大难题，主要是目前用于切削的电主轴都为高速旋转型，很难加工超硬材料。
现有的超声波自动换刀电主轴，例如专利号CN106112021B公开的超声波自动换刀电主轴，采用的是轴向振动方式，其产生的是轴向波，无法加工超硬材料。
发明内容
众所周知对超硬材料的切削是加工行业目前存在的一大难题，本发明主要为了解决超硬材料切削的难题而构思的一个切削加工的高档数控机床用的新型关键部件---超声波电主轴。
本发明采取轴向与径向振动叠加的方法，对旋转刀头进行激振，根据切削效果可以同频同相，也可以同频不同相，或交替进行激振，其效果明显好于已公开的超声波电主轴。
本发明采用刀柄叠加剪切波的超声波振子方式，安装简单、结构牢固，工作稳定，可轴向、径向切削。
具体做法如下：
（1）构建刀头轴向振子与径向振子机构，根据电主轴本体尺寸、轴承承载能力和稳定工作寿命、选择振子功率2kW，振幅0.003-0.02mm比较合适，频率是根据不同材料在30kHz-80 kHz内结合实际加工效果可调；
（2）电主轴本体的内间隙（内间隙是指除轴承外的旋转体与静止体之间的最小间隙）控制在0.02-0.05mm范围内，振动幅度通过超声波驱动器可调在0.003-0.02mm范围内，这样可使刀头正常振动，不会出现饱和振动等现象；
（3）作超硬材料切削时，由于振动会产生一些超硬材料的颗粒物，利用钻头或铣刀等刀具上的退屑槽储存的部分超硬颗粒物反过来对超硬材料自身作二次切削，有效地减轻了刀刃的磨损。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种双向波超声波自动换刀电主轴，包括电主轴本体及设置在电主轴本体内的转子轴，转子轴穿过电主轴本体的轴承内圈可实现转动，所述转子轴的刀头处安装有轴向振子及径向振子，所述轴向振子及径向振子分别套设在刀头外壁并对应设置在轴承两侧端面，轴向振子及径向振子与超声波驱动器连接，轴向振子能够对轴承进行轴向激振，径向振子能够对轴承进行径向激振，所述轴承外套设有弹性变形垫，弹性变形垫两端分别与轴向振子、径向振子相抵靠。
在本发明一较佳实施例中，所述轴向振子、径向振子的功率为2kW，振幅为0.003-0.02mm。
本发明的有益效果是：
（1）结构简单、牢固稳定；
（2）标准化振子尺寸，安装振子对其它机构无影响；
（3）安装冗余度大；
（4）需求广，满足超硬材料切削加工的特殊需求。
附图说明
图1为本发明的双向波超声波自动换刀电主轴的结构示意图。
图2为本发明的电气原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
如图1所示的一种双向波超声波自动换刀电主轴，包括电主轴本体及设置在电主轴本体内的转子轴1，转子轴1通过轴承3与电主轴本体实现转动。
所述转子轴1的刀头2处安装有轴向振子5及径向振子4，所述轴向振子5及径向振子4分别套设在靠近刀头处的轴承3外两端（即与轴承3的顶端和底端相抵靠），轴向振子5及径向振子4与超声波驱动器连接，轴承3外套设有弹性变形垫6，弹性变形垫6两端分别与轴向振子5、径向振子4的内侧端面相抵靠。
表1
对于自动换刀电主轴，如上表1所示，与原方案相比，本发明在刀头端安装超声波振子，对电主轴本体内的轴承进行轴向、径向激振，通过轴向振子对轴承作轴向激振，径向振子对轴承作径向激振，两种振动通过轴承传递到电主轴本体内的转子轴1上，由于转子轴1上安装了刀头，最终在对超硬材料钻孔切削时产生较好的加工效果。
在切削工作时，由控制器通过超声波驱动器给超声波振子进行激振，电气原理框图如图2所示。工作时由控制器对超声波驱动器发控制信号，超声波驱动器根据控制器的信号，随时进行启停控制、振幅调整、频率调整，并输出相应的电压与电流到振子，轴向振子对轴承进行轴向激振，径向振子对轴承进行径向激振。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”、“设有”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种双向波超声波自动换刀电主轴，包括电主轴本体及设置在电主轴本体内的转子轴，转子轴穿过电主轴本体的轴承内圈可实现转动，其特征在于：所述转子轴靠近刀头的轴承处安装有轴向振子及径向振子，所述轴向振子及径向振子分别套设在刀头处的轴承两侧端面，轴向振子及径向振子与超声波驱动器连接，轴向振子能够对轴承进行轴向激振，径向振子能够对轴承进行径向激振，所述轴承外套设有弹性变形垫，弹性变形垫两端分别与轴向振子、径向振子相抵靠。
2.根据权利要求1所述的双向波超声波自动换刀电主轴，其特征在于：所述轴向振子、径向振子的功率为2kW，振幅为0.003-0.02mm。
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