CN114226768B - 一种一体式超声波电主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超声波电主轴技术领域，具体涉及一种一体式超声波电主轴。技术方案如下：包括壳体、定子组件、转子组件、一体式超声波转轴、前轴承组、后轴承组、前盖、后大盖和后小盖，所述定子组件固定设置在所述壳体的内壁上，所述转子组件固定设置在所述一体式超声波转轴上，所述定子组件与所述转子组件配合安装在一起；所述壳体的前端与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前盖，所述后大盖固定安装在所述壳体的后端，所述后小盖固定安装在所述后大盖上且套装在所述一体式超声波转轴上；所述壳体的前部与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前轴承组，所述后大盖与所述一体式超声波转轴后部之间设有所述后轴承组。本发明实现了结构的简化、紧凑，并且提高了精度、刚度。
Description
技术领域
本发明属于超声波电主轴技术领域，具体涉及一种一体式超声波电主轴。
背景技术
随着装备制造向高效、高速、节能方向发展，常用的加工方式，如铣削、车削、磨削的专用主轴均得到了非常全面的研究开发。但专用于石材雕铣的电主轴一直无人关注。近年来，花岗岩在众多石材种类中因其稳定的性质被广泛用作建筑材料。在花岗岩的雕铣过程中，由于其硬度过高导致加工难度大，加工效率低。一些石材加工厂为了提高生产效率往往使用其他加工用主轴对花岗岩进行无间断超高速大切深加工，主轴加工效率过低是导致其寿命仅有两个月的最主要因素。
石材雕刻机作为应用最广泛的石材加工设备，其核心部件雕刻电主轴的结构质量一直是难以攻破的问题，而随着近些年超声加工技术的兴起，超声加工与传统雕铣相结合的超声辅助加工更是成为该领域未来的一个重要发展方向，该技术是在传统雕铣的基础上对工件或刀具施加超声频振动，以此来加工工件表面，相比传统雕铣，超声雕铣加工具有加工效率高、切削力小、切削温度低和工具磨损小等优势，目前超声辅助雕铣是一种公认的解决石材材料加工难问题的加工方式，但传统超声辅助技术仅是将超声振动系统通过刀柄直接与机床主轴相连，这种振动传递会影响主轴精度及刚度，导致超声辅助加工效果受到限制。
发明内容
本发明提供一种一体式超声波电主轴，实现了结构的简化、紧凑，能够保证主轴回转精度，并且提高了精度、刚度，获得更高转速，提高效率。
本发明的技术方案如下：
一种一体式超声波电主轴，包括壳体、定子组件、转子组件、一体式超声波转轴、前轴承组、后轴承组、前盖、后大盖和后小盖，所述定子组件固定设置在所述壳体的内壁上，所述转子组件固定设置在所述一体式超声波转轴上，所述定子组件与所述转子组件配合安装在一起；所述壳体的前端与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前盖，所述后大盖固定安装在所述壳体的后端，所述后小盖固定安装在所述后大盖上且套装在所述一体式超声波转轴上；所述壳体的前部与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前轴承组，所述后大盖与所述一体式超声波转轴后部之间设有所述后轴承组。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述一体式超声波转轴包括轴芯、变幅杆和超声波振动系统，所述超声波振动系统包括压电陶瓷片、压电陶瓷固定胶、原边发射端和副边接收端，所述变幅杆设置在所述轴芯的前端，所述原边发射端和副边接收端设置在所述变幅杆内，所述压电陶瓷片通过所述压电陶瓷固定胶固定设置在所述变幅杆上；所述压电陶瓷片为环形铜片组，所述压电陶瓷片均匀分布在所述变幅杆上；所述轴芯、变幅杆和超声波振动系统一体式集成制备。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述变幅杆与所述前盖之间设有超声发生器接口，所述超声发生器接口与所述原边发射端连通。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述前轴承组包括两个前轴承、内隔圈、外隔圈、内密封环、外密封环和锁紧螺母一，两个前轴承之间设有内隔圈及外隔圈，位于前部的前轴承与所述前盖之间设有内密封环及外密封环，所述内密封环与外密封环之间扣合在一起；锁紧螺母一螺接在所述轴芯上，锁紧螺母一对位于后部的前轴承实施定位；所述轴芯与所述前盖及内密封环之间设有隔振环。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述转子组件由铜丝与硅钢片组合制备，所述转子组件的前端设有平衡环，所述转子组件的后端设有轴肩套，所述转子组件、平衡环及轴肩套热压安装在所述轴芯上。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述后轴承组包括两个后轴承、锁紧螺母二，两个后轴承并列设置，位于前部的后轴承与所述轴肩套贴紧，锁紧螺母二螺接在所述轴芯上，锁紧螺母二对位于后部的后轴承实施定位。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述壳体的内壁上设有多条均匀分布的蛇形水道；所述壳体与所述定子组件之间使用内六角圆柱端紧定螺钉锁紧固定。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述变幅杆的前端设有安装孔，所述安装孔用于安装刀具。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述后小盖上设有进气孔。
进一步地，所述的一体式超声波电主轴，所述壳体与所述前盖之间、所述壳体与所述后大盖之间及所述后轴承组与所述后大盖之间均设有O型密封圈。
本发明的有益效果为：本发明将超声波振动系统与电主轴设计成一体，在突出超声加工优越性的同时，提高了主轴振动稳定性、精度等性能，一体式的设计将主轴转动同超声振动结合为一体,减少了主轴悬伸量，实现了结构的简化,结构更为紧凑，使轴端跳动减小，转轴轴芯振动减小，尽可能减小了超声振动对主轴外围设备的影响,同时能够较好地保证主轴回转精度，加工系统稳定性进一步提高，并且提高了精度、刚度，获得更高转速，提高效率。壳体上直接加工蛇形水道，使壳体、水道形成一体式结构，简化结构的同时冷却效果更好。转子组件由铜丝与硅钢片组合制备，减少了涡流损耗，提高了功率。
附图说明
图1为一体式超声波电主轴主视图；
图2为一体式超声波转轴前部示意图；
图3为一体式超声波电主轴仰视图。
具体实施方式
如图1-3所示，一种一体式超声波电主轴，包括壳体9、定子组件11、转子组件19、一体式超声波转轴、前轴承组、后轴承组、前盖25、后大盖17和后小盖15，所述定子组件11固定设置在所述壳体9的内壁上，所述转子组件19固定设置在所述一体式超声波转轴上，所述定子组件11与所述转子组件19配合安装在一起；所述壳体9的前端与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前盖25，所述后大盖17固定安装在所述壳体9的后端，所述后小盖15固定安装在所述后大盖17上且套装在所述一体式超声波转轴上；所述壳体9的前部与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前轴承组，所述后大盖17与所述一体式超声波转轴后部之间设有所述后轴承组。
所述一体式超声波转轴包括轴芯7、变幅杆2和超声波振动系统，所述超声波振动系统包括压电陶瓷片、压电陶瓷固定胶6、原边发射端4和副边接收端3，所述变幅杆2设置在所述轴芯7的前端，所述原边发射端4和副边接收端3设置在所述变幅杆2内，所述压电陶瓷片通过所述压电陶瓷固定胶6固定设置在所述变幅杆2上；所述压电陶瓷片为环形铜片组，所述压电陶瓷片均匀分布在所述变幅杆2上；所述轴芯7、变幅杆2和超声波振动系统一体式集成制备。
所述变幅杆2与所述前盖25之间设有超声发生器接口26，所述超声发生器接口26与所述原边发射端4连通。
所述前轴承组包括两个前轴承8、内隔圈20、外隔圈21、内密封环22、外密封环23和锁紧螺母一，两个前轴承8之间设有内隔圈20及外隔圈21，位于前部的前轴承8与所述前盖25之间设有内密封环22及外密封环23，所述内密封环22与外密封环23之间扣合在一起；锁紧螺母一螺接在所述轴芯7上，锁紧螺母一对位于后部的前轴承8实施定位；所述轴芯7与所述前盖25及内密封环22之间设有隔振环24。
所述转子组件19由铜丝与硅钢片组合制备，所述转子组件19的前端设有平衡环10，所述转子组件19的后端设有轴肩套18，所述转子组件19、平衡环10及轴肩套18热压安装在所述轴芯7上。
所述后轴承组包括两个后轴承12、锁紧螺母二14，两个后轴承12并列设置，位于前部的后轴承12与所述轴肩套18贴紧，锁紧螺母二14螺接在所述轴芯7上，锁紧螺母二14对位于后部的后轴承12实施定位。
所述壳体9的内壁上设有多条均匀分布的蛇形水道；所述壳体9与所述定子组件11之间使用内六角圆柱端紧定螺钉27锁紧固定。
所述变幅杆2的前端设有安装孔5，所述安装孔5用于安装刀具1。
所述后小盖15上设有进气孔16。
所述壳体9与所述前盖25之间、所述壳体9与所述后大盖17之间及所述后轴承组与所述后大盖17之间均设有O型密封圈13。
超声波发生器插入超声发生器接口26，将高频电信号传输到原边发射端4，副边接收端3接收信号后传递给压电陶瓷片，利用压电陶瓷片的逆效应将电信号转换为高频机械振动，产生3μm以内的振幅，在通过变幅杆2扩大振动的5倍左右振幅驱动刀具1进行超声加工。
石材加工中心运行过程中，主轴加工效率以及温度是影响加工精度的重要因素，为了提高对花岗岩等硬度过高的石材加工效率，本发明针对石材加工主轴特别设计了轴芯7与超声波振动系统一体式结构，在突出超声加工优越性的同时，提高了主轴振动稳定性、精度等性能，减少了主轴悬伸量，实现了结构的简化,结构更为紧凑，提高了刚度，并且从本质上提高了主轴的加工效率,从而提高主轴加工精度，实现对花岗岩等硬度过高石材进行无间断超高速大切深高精度高效率加工。
Claims (8)
1.一种一体式超声波电主轴，其特征在于，包括壳体、定子组件、转子组件、一体式超声波转轴、前轴承组、后轴承组、前盖、后大盖和后小盖，所述定子组件固定设置在所述壳体的内壁上，所述转子组件固定设置在所述一体式超声波转轴上，所述定子组件与所述转子组件配合安装在一起；所述壳体的前端与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前盖，所述后大盖固定安装在所述壳体的后端，所述后小盖固定安装在所述后大盖上且套装在所述一体式超声波转轴上；所述壳体的前部与所述一体式超声波转轴前部之间设有所述前轴承组，所述后大盖与所述一体式超声波转轴后部之间设有所述后轴承组；
所述一体式超声波转轴包括轴芯、变幅杆和超声波振动系统，所述超声波振动系统包括压电陶瓷片、压电陶瓷固定胶、原边发射端和副边接收端，所述变幅杆设置在所述轴芯的前端，所述原边发射端和副边接收端设置在所述变幅杆内，所述压电陶瓷片通过所述压电陶瓷固定胶固定设置在所述变幅杆上；所述压电陶瓷片为环形铜片组，所述压电陶瓷片均匀分布在所述变幅杆上；所述轴芯、变幅杆和超声波振动系统一体式集成制备；
所述前轴承组包括两个前轴承、内密封环和外密封环，位于前部的前轴承与所述前盖之间设有内密封环及外密封环，所述内密封环与外密封环之间扣合在一起；所述轴芯与所述前盖及内密封环之间设有隔振环；
所述变幅杆与所述前盖之间设有超声发生器接口，所述超声发生器接口与所述原边发射端连通；
所述超声波发生器插入所述超声发生器接口，将高频电信号传输到所述原边发射端，所述副边接收端接收信号后传递给所述压电陶瓷片，利用所述压电陶瓷片的逆效应将电信号转换为高频机械振动，产生3µm以内的振幅；
所述壳体上直接加工蛇形水道，使所述壳体和所述水道形成一体式结构。
2.根据权利要求1所述的一体式超声波电主轴，其特征在于，所述前轴承组还包括内隔圈、外隔圈和锁紧螺母一，两个前轴承之间设有内隔圈及外隔圈，锁紧螺母一螺接在所述轴芯上，锁紧螺母一对位于后部的前轴承实施定位。
3.根据权利要求1所述的一体式超声波电主轴，其特征在于，所述转子组件由铜丝与硅钢片组合制备，所述转子组件的前端设有平衡环，所述转子组件的后端设有轴肩套，所述转子组件、平衡环及轴肩套热压安装在所述轴芯上。
4.根据权利要求3所述的一体式超声波电主轴，其特征在于，所述后轴承组包括两个后轴承、锁紧螺母二，两个后轴承并列设置，位于前部的后轴承与所述轴肩套贴紧，锁紧螺母二螺接在所述轴芯上，锁紧螺母二对位于后部的后轴承实施定位。
5.根据权利要求1所述的一体式超声波电主轴，其特征在于，所述壳体的内壁上设有多条均匀分布的蛇形水道；所述壳体与所述定子组件之间使用内六角圆柱端紧定螺钉锁紧固定。
6.根据权利要求1所述的一体式超声波电主轴，其特征在于，所述变幅杆的前端设有安装孔，所述安装孔用于安装刀具。
7.根据权利要求1所述的一体式超声波电主轴，其特征在于，所述后小盖上设有进气孔。
8.根据权利要求1所述的一体式超声波电主轴，其特征在于，所述壳体与所述前盖之间、所述壳体与所述后大盖之间及所述后轴承组与所述后大盖之间均设有O型密封圈。
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