CN116197713A - 一种超声电能装置及超声刀具系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声电能装置及超声刀具系统，该超声电能装置的固定环固定连接于机床主轴的壳体，转子转动连接于外壳，转子能连接于机床主轴；换能器固定连接于转子且用于连接刀具；第一电连接组件固定设置于固定环，第二电连接组件设置于外壳，第一电连接组件与电源电连接，第二电连接组件能插接于第一电连接组件；第一导电组件固定设置于转子，第二导电组件固定设置于外壳，第一导电组件和第二导电组件滚动连接，且第一导电组件和换能器电连接，第二导电组件和第二电连接件电连接。该超声电能装置避免了第一导电组件和第二导电组件出现由于滑动连接导致的磨损和打火现象，使用寿命长，安全性高，便于装配和拆卸，且更换刀具的工作效率高。

Description

一种超声电能装置及超声刀具系统

技术领域

本发明涉及超声振动加工技术领域，尤其涉及一种超声电能装置及超声刀具系统。

背景技术

随着现代科技与生产的发展，尤其是航空航天领域技术的发展，材料的使用条件越来越严酷，对材料的性能要求也愈来愈高。为满足高新技术发展的需求，出现了高性能新型材料，如硬脆材料、复合材料、高温合金、钛合金等具有突出性能的先进材料。但由于这些高性能新型材料大多硬度高，脆性高，导致其切削性能差。传统的加工方法对其进行加工时，易引起工件崩碎、表面/亚表面损伤和降低刀具的寿命等，严重制约了硬脆材料的发展和应用。超声辅助加工技术作为一种复合加工技术，通过在刀具上施加超声频振动，将刀具与工件间的接触状态由连续接触变为高频断续接触，从而有效降低切削力、提高加工质量、延长刀具寿命。

其中，超声电能装置作为超声刀柄系统的重要的组成部分之一。现有的超声电能装置主要分为两类，一类是非接触式超声电能装置，另一类是接触式超声电能装置。对于接触式超声电能装置而言，现有的一种接触式超声电能传输装置，其包括导电滑环模块，其中，导电滑环模块包括转子滑环和碳刷，当超声辅助加工系统工作时，转子滑环和碳刷相对滑动，但转子滑环和碳刷的相对速度较高，导致转子滑环和碳刷间极易出现打火现象，且转子滑环和碳刷的磨损严重，很大程度上限制了刀具转速的提高以及超声振动功率的增大；此外，现有的接触式超声电能传输装置，当更换装配于超声电能装置上的超声振动刀柄时，需要先将超声电缆插头从超声振动刀柄的外壳上拔下，再卸下刀柄，然后再将需要使用的刀柄安装在主轴上，最后将电缆构安装好，操作步骤繁琐，工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声电能装置及超声刀具系统，以解决现有的超声电能装置中的转子滑环和碳刷极易出打火现象，转子滑环和碳刷的磨损严重，限制了刀具转速以及超声振动功率，且更换超声振动刀具的步骤繁琐的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超声电能装置，用于装配于机床主轴，其包括：

固定环、转子和外壳，所述固定环固定连接于所述机床主轴的壳体，所述转子转动连接于所述外壳，且所述转子能连接于所述机床主轴；

换能器，所述换能器固定连接于所述转子，且所述换能器用于连接刀具；

电连接组件，所述电连接组件包括固定设置于所述固定环的电源和第一电连接组件，以及设置于所述外壳的第二电连接组件，所述第一电连接组件与所述电源电连接，所述第二电连接组件能插接于所述第一电连接组件；

导电组件，所述导电组件包括固定设置于所述转子的第一导电组件，以及固定设置于所述外壳的第二导电组件，所述第一导电组件和所述第二导电组件滚动连接，且所述第一导电组件和所述换能器电连接，所述第二导电组件和所述第二电连接件电连接。

作为优选，所述第一电连接组件包括固定设置于所述固定环的电插接件，所述电插接件与所述电源电连接，所述电插接件设有插槽，所述第二电连接组件包括滑动连接于所述外壳的电插柱，所述电插柱与所述第二导电组件电连接，且所述电插柱能弹性插接于所述插槽。

作为优选，所述外壳设有滑槽，所述电插柱部分滑动位于所述滑槽，所述第二电连接组件还包括第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别与所述滑槽的底壁和所述电插柱。

作为优选，所述电插柱和所述滑槽的内壁中的一个设有限位面，另一个设有限位结构，沿所述电插柱的滑动方向，所述限位面能抵接于所述限位结构。

作为优选，所述第一导电组件包括固定套设于所述转子的导电环，所述第二导电组件包括滚动连接于所述导电环的导电轮，所述导电环与所述换能器电连接，所述导电轮与所述电插柱电连接。

作为优选，所述第二导电组件还包括支架，所述导电轮转动连接于所述支架，所述支架可拆卸的连接于所述外壳。

作为优选，所述第二导电组件还包括第二弹性件和调节件，所述支架设有第一通孔，所述调节件依次穿过所述第二弹性件和所述第一通孔并螺纹连接于所述外壳。

作为优选，所述转子设有第二通孔，引线的一端与所述换能器连接，另一端穿过所述第二通孔与所述导电环连接。

作为优选，所述转子上至少与所述导电环接触的部分设有绝缘层。

一种超声刀具系统，其包括上述的超声电能装置。

本发明的有益效果：

本发明提供一种超声电能装置及超声刀具系统，该超声电能装置包括固定环、转子、外壳、换能器、电连接组件和导电组件。该超声电能装置，将固定环固定连接于机床主轴的壳体，将转子固定连接于机床主轴，其中，转子固定连接于机床主轴的同时第二电连接组件插接于第一电连接组件，通过设置导电组件的第一导电组件和第二导电组件滚动连接，第一导电组件和换能器电连接，第二导电组件和第二电连接件电连接，从而实现换能器电连接于电源，换能器固定连接于转子且换能器用于连接刀具，换能器将电能转换为高频机械振动并传递至刀具，使得刀具与工件之间的接触方式为高频断续接触，从而降低了刀具的切削力、提高刀具加工工件的加工质量，并延长刀具的使用寿命。其中，相对于现有技术中通过转子滑环和碳刷滑动连接，该超声电能装置通过设置导电组件的第一导电组件和第二导电组件滚动连接，能够有效减小第一导电组件和第二导电组件之间的摩擦力，从而有效避免第一导电组件和第二导电组件出现由于滑动导致的磨损和打火现象，从而有效提高了导电组件的使用寿命和使用安全性，从而提高了该超声电能装置的使用寿命和使用安全性；其中，当需要更换刀具时，将转子拆离机床主轴，与此同时，第二电连接组件远离第一电连接组件，可以理解的是，转子、外壳、换能器、刀具和第二电连接组件作为一个整体被拆离，拆卸或装配的步骤简单，有效提高了更换刀具的工作效率。

附图说明

图1是本发明的具体实施例提供的超声电能装置的剖视图；

图2是本发明的具体实施例提供的超声电能装置的结构示意图；

图3是本发明的具体实施例提供的超声电能装置的部分结构示意图一；

图4是本发明的具体实施例提供的超声电能装置的部分结构示意图二。

图中：

1、固定环；11、固定环本体；12、连接部；

2、转子；21、第二通孔；

3、外壳；31、滑槽；

4、换能器；

51、电源；52、电插接件；521、插槽；53、第二电连接组件；531、电插柱；5311、限位结构；532、第一弹性件；

6、导电组件；61、导电环；62、第二导电组件；621、导电轮；622、支架；623、第二弹性件；624、调节件；

7、插头；

8、轴承；

9、封盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供一种超声电能装置，如图1所示，该超声电能装置包括固定环1、转子2、外壳3、换能器4、电连接组件和导电组件6，固定环1固定连接于机床主轴的壳体，转子2转动连接于外壳3，且转子2能连接于机床主轴；换能器4固定连接于转子2，且换能器4用于连接刀具，具体地，换能器4用于连接刀具的刀柄；电连接组件包括电源51、固定设置于固定环1的第一电连接组件，以设置于外壳3的第二电连接组件53，第一电连接组件与电源51电连接，第二电连接组件53能插接于第一电连接组件；导电组件6包括固定设置于转子2的第一导电组件，以及固定设置于外壳3的第二导电组件62，第一导电组件和第二导电组件62滚动连接，且第一导电组件和换能器4电连接，第二导电组件62和第二电连接件电连接。

该超声电能装置，如图1所示，将固定环1固定连接于机床主轴的壳体，将转子2固定连接于机床主轴，其中，转子2固定连接于机床主轴的同时第二电连接组件53插接于第一电连接组件，通过设置导电组件6的第一导电组件和第二导电组件62滚动连接，第一导电组件和换能器4电连接，第二导电组件62和第二电连接件电连接，从而实现换能器4电连接于电源51，换能器4固定连接于转子2且换能器4用于连接刀具，换能器4将电能转换为高频机械振动并传递至刀具，使得刀具与工件之间的接触方式为高频断续接触，从而降低了刀具的切削力、提高刀具加工工件的加工质量，并延长刀具的使用寿命。其中，相对于现有技术中通过转子滑环和碳刷滑动连接，该超声电能装置通过设置导电组件6的第一导电组件和第二导电组件62滚动连接，能够有效减小第一导电组件和第二导电组件62之间的摩擦力，从而有效避免第一导电组件和第二导电组件62出现由于滑动导致的磨损和打火现象，从而有效提高了导电组件6的使用寿命和使用安全性，从而提高了该超声电能装置的使用寿命和使用安全性；其中，当需要更换刀具时，将转子2拆离机床主轴，与此同时，第二电连接组件53远离第一电连接组件，可以理解的是，转子2、外壳3、换能器4、刀具和第二电连接组件53作为一个整体被拆离，拆卸或装配的步骤简单，有效提高了更换刀具的工作效率。

其中，如图1-3所示，第一电连接组件包括固定设置于固定环1的电插接件52，电插接件52与电源51电连接，电插接件52设有插槽521，第二电连接组件53包括滑动连接于外壳3的电插柱531，电插柱531与第二导电组件62电连接，且电插柱531能弹性插接于插槽521。电插接件52与电源51电连接，如此设置，当电插柱531插接于插槽521时，电插接件52与电插柱531电连接，电插柱531与第二导电组件62电连接，第二导电组件62与第一导电组件滚动连接，第一导电组件与换能器4电连接，从而电源51为换能器4提供电能，换能器4将电能转为机械振动并传递至刀具，使得刀具与工件之间的接触方式为高频断续接触，从而降低刀具的切削力、提高刀具加工工件的加工质量，并延长刀具的使用寿命。其中，通过设置电插柱531能弹性插接于插槽521，从而避免电插柱531过多的插接于插槽521破坏插槽521的结构，同时也能避免电插柱531过少插接于插槽521时不能有效于电插接件52电连接。作为一种替代方案，也可通过调节固定环1沿机床主轴的轴向装配于机床主轴的装配位置调节电插柱531插接于插槽521的插接深度。

在本实施例中，如图1和图2所示，固定环1包括固定环本体11和连接部12，固定环本体11固定连接于机床主轴的壳体，电源51和电插接件52固定设置于连接部12。在本实施例中，固定环本体11选用抱箍，电源51螺接于连接部12，电插接件52通过粘接剂粘接于连接部12。

在本实施例中，第一电连接组件、第二电连接组件53和导电组件6的数量均为两个，两个第一电连接组件和两个第二电连接组件53一一对应设置，两个电插柱531一一对应的插接于两个电插接件52的插槽521，两个导电组件6和两个第二电连接组件53一一对应设置并电连接。以实现电源51与换能器4的电连接。其中，如图1和图3所示，该超声电能装置还包括插头7，两个电插接件52通过引线分别连接于插头7的两个电极，插头7的两个电极通过引线连接于电源51的正负极，其中，通过设置插头7能够控制电源51与换能器4之间的通断。在本实施例中，插头7选用航空插头。航空插头具有快速连接和分离、耐环境好、可靠性高、且适用于大电流电源系列的连接等特点。在其他实施例中，插头7也可依据实际工况选用其他种类的插头。

优选地，连接部12上至少与电插接件52接触的部分设有绝缘层。从而保证电插接件52能有效工作，进一步提高了该超声电能装置的使用安全性。

具体地，如图1-3所示，外壳3设有滑槽31，电插柱531部分滑动位于滑槽31，第二电连接组件53还包括第一弹性件532，第一弹性件532的两端分别与滑槽31的底壁和电插柱531。可以理解的是，第一弹性件532始终处于压缩状态，当电插柱531过多的插接于插槽521时，第一弹性件532被压缩，电插柱531缩入滑槽31内的部分增加，同时，第一弹性件532的弹性恢复力能带动电插柱531上缩入滑槽31内的部分沿滑槽31的延伸方向伸出滑槽31。在本实施例中，电插柱531呈圆柱形且电插柱531上与插槽521插接的端部呈半球形，插槽521呈圆柱形且插槽521的槽底呈半球形。以使电插柱531能高效快速的插接于插槽521。

具体地，如图1-3所示，电插柱531和滑槽31的内壁中的一个设有限位面，另一个设有限位结构5311，沿电插柱531的滑动方向，限位面能抵接于限位结构5311。如此设置，以防止电插柱531从滑槽31中脱出，从而保证电插柱531能有效插接于插槽521。在本实施例中，滑槽31的内壁设有限位面，电插柱531设有限位结构5311，其中，限位结构5311为环设于电插柱531的环形凸块。作为一种替代方案，滑槽31的内壁设有限位结构5311，电插柱531设有限位面，其中，限位结构5311为环设于滑槽31的内壁的环形凸块。

进一步具体地，滑槽31的内壁设有绝缘层。从而保证电插柱531能有效工作，进一步提高了该超声电能装置的使用安全性。

其中，如图1所示，第一导电组件包括固定套设于转子2的导电环61，第二导电组件62包括滚动连接于导电环61的导电轮621，导电环61与换能器4电连接，导电轮621与电插柱531电连接。电插柱531插接于电插接件52的插槽521，从而通过导电组件6将换能器4和电源51电连接。其中，通过设置导电轮621滚动位于导电环61，能够有效减少导电轮621和导电环61之间的摩擦，从而有效避免导电轮621和导电环61出现由于滑动导致的磨损和打火现象，从而提高了导电组件6的使用寿命和使用安全性，提高了该超声电能装置的使用寿命和使用安全性。

具体地，导电环61由金属材料制成，导电轮621由具有导电性的金属材料或非金属材料制成。在本实施例中，导电环61为铜环。

具体地，转子2上至少与导电环61接触的部分设有绝缘层。从而避免转子2通电，保证导电环61能够正常工作。在本实施例中，绝缘层由四氟乙烯制成。在其他实施例中，绝缘层也可由其他具有绝缘性的材料制成。

其中，导电环61过盈套设于转子2，或导电环61粘接于转子2。从而，当机床主轴带动转子2转动时，导电环61随转子2同步转动，从而导电轮621滚动位于导电环61。

其中，如图1和图4所示，第二导电组件62还包括支架622，导电轮621转动连接于支架622，支架622可拆卸的连接于外壳3。从而固定了导电轮621的设置位置，以保证导电轮621能有效滚动位于导电环61。具体地，支架622和外壳3均由绝缘材料制成。其中，如图1和图4所示，第二导电组件62还包括第二弹性件623和调节件624，支架622设有第一通孔，调节件624依次穿过第二弹性件623和第一通孔并螺纹连接于外壳3。可以理解的是，第二弹性件623的两端分别抵接于调节件624和外壳3，当需要调节导电轮621和导电环61的接触紧密度时，通过旋拧调节件624，使得第二弹性件623被压缩或放松，其中，第二弹性件623的弹性恢复力能带动支架622靠近壳体，从而带动设置于支架622上的导电轮621靠近导电环61，以实现调节导电轮621和导电环61的接触紧密度。

其中，如图1所示，转子2设有第二通孔21，引线的一端与换能器4连接，另一端穿过第二通孔21与导电环61连接。从而通过引线将导电环61和换能器4电连接。

其中，如图1所示，该超声电能装置还包括两个轴承8，两个轴承8沿转子2的轴向间隔设置于转子2，两个轴承8的内圈均过盈套设于转子2，两个轴承8的外圈均固定连接于外壳3的内壁。具体地，在本实施例中，外壳3上用于与转子2转动连接的部分设有圆柱形的容纳腔，转子2远离机床主轴的一端位于容纳腔内，两个轴承8的外圈均过盈装配于容纳腔的侧壁，以实现转子2转动连接于外壳3，从而机床主轴带动转子2、换能器4和刀具同步转动。

其中，如图1和图2所示，该超声电能装置还包括封盖9，外壳3设有开口，封盖9可拆卸连接于外壳3且能封闭开口。在本实施例中，开口和封盖9的数量为两个，两个开口相对且间隔设置，两个封盖9和两个开口一一对应设置并能封闭两个开口。以便于将转子2装配于外壳3。其中，封盖32螺接于外壳3。在其他实施例中，也可将封盖9焊接或铆接于外壳3。

其中，换能器4的具体结构属于现有技术，换能器4与刀具的连接结构属于现有技术，在此不再赘述。

本发明还提供一种超声刀具系统，其包括上述的超声电能装置。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声电能装置，用于装配于机床主轴，其特征在于，包括：

固定环(1)、转子(2)和外壳(3)，所述固定环(1)固定连接于所述机床主轴的壳体，所述转子(2)转动连接于所述外壳(3)，且所述转子(2)能连接于所述机床主轴；

换能器(4)，所述换能器(4)固定连接于所述转子(2)，且所述换能器(4)用于连接刀具；

电连接组件，所述电连接组件包括固定设置于所述固定环(1)的电源(51)和第一电连接组件，以及设置于所述外壳(3)的第二电连接组件(53)，所述第一电连接组件与所述电源(51)电连接，所述第二电连接组件(53)能插接于所述第一电连接组件；

导电组件(6)，所述导电组件(6)包括固定设置于所述转子(2)的第一导电组件，以及固定设置于所述外壳(3)的第二导电组件(62)，所述第一导电组件和所述第二导电组件(62)滚动连接，且所述第一导电组件和所述换能器(4)电连接，所述第二导电组件(62)和所述第二电连接件电连接。

2.根据权利要求1所述的超声电能装置，其特征在于，所述第一电连接组件包括固定设置于所述固定环(1)的电插接件(52)，所述电插接件(52)与所述电源(51)电连接，所述电插接件(52)设有插槽(521)，所述第二电连接组件(53)包括滑动连接于所述外壳(3)的电插柱(531)，所述电插柱(531)与所述第二导电组件(62)电连接，且所述电插柱(531)能弹性插接于所述插槽(521)。

3.根据权利要求2所述的超声电能装置，其特征在于，所述外壳(3)设有滑槽(31)，所述电插柱(531)部分滑动位于所述滑槽(31)，所述第二电连接组件(53)还包括第一弹性件(532)，所述第一弹性件(532)的两端分别与所述滑槽(31)的底壁和所述电插柱(531)。

4.根据权利要求3所述的超声电能装置，其特征在于，所述电插柱(531)和所述滑槽(31)的内壁中的一个设有限位面，另一个设有限位结构(5311)，沿所述电插柱(531)的滑动方向，所述限位面能抵接于所述限位结构(5311)。

5.根据权利要求2所述的超声电能装置，其特征在于，所述第一导电组件包括固定套设于所述转子(2)的导电环(61)，所述第二导电组件(62)包括滚动连接于所述导电环(61)的导电轮(621)，所述导电环(61)与所述换能器(4)电连接，所述导电轮(621)与所述电插柱(531)电连接。

6.根据权利要求5所述的超声电能装置，其特征在于，所述第二导电组件(62)还包括支架(622)，所述导电轮(621)转动连接于所述支架(622)，所述支架(622)可拆卸的连接于所述外壳(3)。

7.根据权利要求6所述的超声电能装置，其特征在于，所述第二导电组件(62)还包括第二弹性件(623)和调节件(624)，所述支架(622)设有第一通孔，所述调节件(624)依次穿过所述第二弹性件(623)和所述第一通孔并螺纹连接于所述外壳(3)。

8.根据权利要求5所述的超声电能装置，其特征在于，所述转子(2)设有第二通孔(21)，引线的一端与所述换能器(4)连接，另一端穿过所述第二通孔(21)与所述导电环(61)连接。

9.根据权利要求5所述的超声电能装置，其特征在于，所述转子(2)上至少与所述导电环(61)接触的部分设有绝缘层。

10.一种超声刀具系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的超声电能装置。

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