CN207680945U - 一种压电陶瓷振动源及使用该振动源的机床和工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电陶瓷振动源，包括壳体，所述壳体上设有至少一个能够发生弹性形变的振动面，所述振动面的外侧设有振动输出轴，所述壳体内部设置有压电陶瓷构件，所述压电陶瓷构件的一端与所述振动面的内侧相接触，所述压电陶瓷构件的另一端与所述壳体另一端的内表面相接触。通过压电陶瓷构件将电能转换成为机械能，实现机械的振动加工。同时提供了一种使用该压电陶瓷构件振动源的机床或机器人，拓宽了压电陶瓷构件振动源的应用范围，为振动加工提供了契机。

Description

一种压电陶瓷振动源及使用该振动源的机床和工业机器人

技术领域

本实用新型涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种压电陶瓷振动源及使用该压电陶瓷构件的机床和工业机器人。

背景技术

机械加工领域具有很长的发展历史；其中车、铣、刨、磨、钻、镗、铰、珩、抛光等是最常见的加工方法。而上述加工方法按是否切削可分为两大类：第一类：有切削过程，如车、铣、刨、磨、钻、镗、铰、珩、抛光等；第二类：无切削过程，如滚压、挤压等。

这些传统加工方法在应用振动加工理论时，需要在原有加工方式基础上，增加相应的振动装置，而目前振动加工主要是将机械振动和超声波振动应用到原有的加工领域；从而造成了刀具装置外形尺寸加大、加工系统刚性下降、同类情况下加工尺寸应用范围变小等问题，究其原因，机械振动装置和超声波振动装置尺寸大，构件多是重要因素。

所以，随着科技进步，以及对加工要求的不断提高和正在研发中的振动加工等新理论的涌现，为尽快提高振动加工水平，有必要在振源方面和结构方面有所改进和突破。如何能够使用户在包括已有的各种机床设备上使用基于先进加工理论的振动加工技术，是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种压电陶瓷振动源，通过压电陶瓷构件将电能转换成为机械能，实现机械的精密振动加工；同时为机床或机器人提供了一种可应用的压电陶瓷构件振动源，拓宽了压电陶瓷构件振动源的应用范围，为振动加工提供了契机。

为了实现上述目的，提供的一种压电陶瓷振动源，包括壳体，所述壳体上设有至少一个能够发生弹性形变的振动面，所述振动面的外侧设有振动输出轴，所述壳体内部设置有压电陶瓷构件，所述压电陶瓷构件的一端与所述壳头端的振动面的内侧相接触，所述压电陶瓷构件的另一端与所述壳体另一端即壳尾端的内表面相接触。作为振动源一种最简单的结构形式，采用将压电陶瓷构件塞入半封闭的壳体内，使振动面和压电陶瓷构件之间具有预紧力，使压电陶瓷构件直接带动壳体上的能够发生弹性形变的振动面运动，结构简单。

所述壳头端和/或壳尾端与壳体分体设置。将壳头端设置成分体，即振动面与壳体分体设置，当振动输出轴磨损时，可对其进行更换，能够实现对压电陶瓷构件的预紧调节；将壳尾端设置成分体，亦能够实现对压电陶瓷构件的预紧调节，或者将壳头端和壳尾端均设置成分体，既能够对磨损的振动输出轴进行更换，又能够实现对压电陶瓷构件的预紧，同时，还能够降低壳体的加工难度，降低生产成本。

一种压电陶瓷振动源，包括壳体，所述壳体的一端设有底座，另一端设有输出轴孔，所述输出轴孔内设有振动输出轴，所述振动输出轴的一端伸出于壳体的外壁，另一端与底座之间设有压电陶瓷构件，所述压电陶瓷构件与底座贴合设置，所述振动输出轴与壳体之间设有弹性元件。

所述输出轴孔内设有润滑装置。在输出轴孔内设置润滑装置，能够对振动输出轴起到润滑作用，减少振动输出轴与输出轴孔之间的摩擦，减少振动输出轴的磨损，延长使用寿命。

所述润滑装置为油槽。使用油槽结构简单，只需定期向油槽内加入油、脂等润滑物即可。

所述润滑装置包括含油轴承、油槽、输油孔和油杯/油泵。所述油槽设置在输出轴孔内，所述油槽内设有与壳体外壁连通的输油孔，所述输油孔上连接有向油槽内供油的油杯或油泵。将供油的油杯或油泵管路设置在壳体的外侧，能够对润滑油进行实时监控。

所述弹性元件为弹簧、碟簧、板簧或者与所述壳体一体设置的弹片。弹性元件对振动输出轴和压电陶瓷构件进行预紧。

当所述弹性元件为与壳体一体设置的弹片时，简化了压电陶瓷构件的机构和装配过程，增大了适用范围，同时降低了后期的维修、维护难度。所述弹片由设置在输出轴孔内的环形槽分割而成，在输出轴孔内设置一个环形槽，环形槽与壳体的内壁之间形成一个片体结构，使该片体结构具有弹性，形成一个环形的弹片。

所述壳体的侧壁上设有通气孔。其中一个通气孔与冷却气体的供气气路连通，另一个通气孔和气体的回路连通，实现壳体内部部件的冷却；避免因为热胀原因降低加工精度，同时避免高温下部件的损坏。

所述振动输出轴的横截面为以下形状中的一种或者多种的组合：圆形、环形、多边形。采用多边形的振动输出轴，能够避免振动输出轴在振动时围绕输出轴的轴向转动，通过限制轴向的旋转自由度，使振动输出轴在振动时不发生转动，以适用于要求振动输出轴相对输出轴孔圆周方向固定的工况。为了适应压电陶瓷振动源安装在不同位置，所述壳体的外轮廓横截面为以下形状中的一种或者多种的组合：圆形或者多边形。

所述输出轴孔的深度，应使输出轴孔对振动输出轴有配合、定心、导向作用。工作时对输出轴进行定心导向，增加振动输出轴工作刚性，防止振动输出轴跑偏，避免使工件的加工精度降低，导使加工工件报废，甚至将振动输出轴卡死，造成永久性破坏的情况。

所述底座与调整垫片之间为球面接触，且调整垫片与壳体内壁之间留有空隙。使调整垫片和底座之间采用球面接触，能够在放入压电陶瓷构件进行组装时对接触面进行自动调节，使压电陶瓷构件与振动输出轴之间和压电陶瓷构件与调整垫片之间接触充分，避免压电陶瓷构件与振动输出轴或压电陶瓷构件与调整垫片之间产生侧向力，避免增加压电陶瓷构件或者振动输出轴破坏的可能性。

一种机床，包括上述所述的任意一种压电陶瓷振动源，所述振动源固定在机床刀具的安装位置；振动源的振动输出轴上配置有振动刀具，能够实现对工件的振动加工，如振动车削，或者将压电陶瓷振动放置在滚压装置内部，实现对工件的振动滚压加工。

一种工业机器人，包括上述所述的任意一种压电陶瓷振动源，所述振动源固定在工业机器人的机械手臂上，振动源的输出轴安装有振动刀具，能够实现对工件的振动加工，如振动除应力、抗疲劳加工等。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型示例的一种压电陶瓷振动源，利用压电陶瓷构件将电能和机械能相互转换，为振动加工行业提供了统一标准的振动源器件，对振动加工行业的发展有推动作用。

2、本实用新型示例的一种压电陶瓷振动源的外形尺寸，明显小于现有的机械振动和超声波振动刀具的外形尺寸，使得原先因此而不能采用振动加工的工件，变为可以采用振动加工的方法解决问题。

3、本实用新型示例的一种压电陶瓷振动源，在输出轴孔内设置润滑装置，能够对振动输出轴起到润滑作用，减少振动输出轴与输出轴孔之间的摩擦，减少振动输出轴的磨损，延长使用寿命。

4、本实用新型示例的一种压电陶瓷振动源，采用多边形的振动输出轴，能够避免振动输出轴在冲击时围绕轴向转动，通过多限制这一自由度，以适用于要求振动输出轴相对输出轴孔圆周方向定向的工况。

5、本实用新型示例的一种压电陶瓷振动源，输出轴孔对振动输出轴有配合、定心、导向作用。工作时进行导向限制，增加振动输出轴工作刚性，防止振动输出轴跑偏，使工件的加工精度降低，导使加工工件报废，甚至将振动输出轴卡死，造成永久性破坏。

附图说明

图1为本实用新型实施例1整体结构示意图；

图2为本实用新型壳头端分体结构示意图；

图3为本实用新型壳尾端分体结构示意图；

图4为本实用新型一体弹片结构示意图；

图5为本实用新型油槽结构示意图；

图6为本实用新型油杯结构示意图；

图7为本实用新型碟簧结构示意图；

图8为本实用新型一体弹片整体结构示意图；

图9为本实用新型一体弹片壳体俯视图结构示意图；

图10为本实用新型振动输出轴结构示意图；

图11为本实用新型振动输出轴横截面为四边形的结构示意图；

图12为本实用新型振动输出轴横截面为六边形的结构示意图；

图13为本实用新型振动输出轴为圆形和四边形组合结构示意图；

图14为本实用新型输出轴孔的深度与振动输出轴横截面比例结构示意图；

图15为壳体外轮廓横截面为圆形和四边形组合的示意图；

图中：1、振动输出轴；2、壳体；3、弹性元件；4、压电陶瓷构件；5、调整垫片；6、底座；7、通气孔；8、油槽；9、输油管；10、油杯；11、弹片；12、环形槽；21、壳头端，22、壳尾端。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种压电陶瓷振动源，包括壳体，所述壳体上设有至少一个能够发生弹性形变的振动面，所述振动面的外侧设有振动输出轴，所述壳体内部设置有压电陶瓷构件，所述压电陶瓷构件的一端与所述壳头端的振动面的内侧相接触，所述压电陶瓷构件的另一端与所述壳体另一端即壳尾端的内表面相接触。作为振动源一种最简单的结构形式，采用将压电陶瓷构件塞入放置在半封闭的壳体内，使振动面和压电陶瓷构件之间具有预紧力，使压电陶瓷构件直接带动壳体上的能够发生形变的振动面运动，结构简单。

如图2和图3所示，所述壳头端和/或壳尾端与壳体分体设置。如图2所示，将壳头端设置成分体，即振动面与壳体分体设置，当振动输出轴磨损时，可对其进行更换，也能够实现对压电陶瓷构件的预紧调节；如图3所示，将壳尾端设置成分体，能够实现对压电陶瓷构件的预紧调节；或者将壳头端和壳尾端均设置成分体，既能够对磨损的振动输出轴进行更换，又能够实现对压电陶瓷构件的预紧，同时，还能够降低壳体的加工难度，降低生产成本。

在本实施例中，壳体上设有能够发生弹性形变的振动面，并且振动面的外侧设有振动输出轴，该结构采用一体成型，免去了各部件加工和装配的麻烦，同时避免了装配过程中产生的误差对加工精度的影响，简化了装置的结构，但是却起到了传统结构中壳体、弹性元件和振动输出轴三者所达到的效果，并且由于避免了装配时产生误差，提高了加工精度。

实施例2：

如图4所示，一种压电陶瓷振动源，包括壳体，所述壳体的一端设有底座，另一端设有输出轴孔，所述输出轴孔内设有振动输出轴，所述振动输出轴的一端伸出于壳体的外壁，另一端与底座之间设有压电陶瓷构件，所述压电陶瓷构件与底座贴合设置，所述振动输出轴与壳体之间设有弹性元件。压电陶瓷构件在底座和弹性元件的作用下进行预紧，当压电陶瓷构件通电时产生振动，带动振动输出轴进行冲击，实现对工件的振动加工，弹性元件的弹性作用使振动输出轴复位并保持对压电陶瓷构件的预紧力。

如图4～7所示，所述弹性元件为弹簧、碟簧、板簧或者与所述壳体一体设置的弹片。弹性元件对压电陶瓷构件和振动输出轴进行预紧。

作为弹性元件的一种方案，如图4所示，所述弹性元件为与壳体一体设置的弹片。所述弹片由设置在输出轴孔内的环形槽分割而成，在输出轴孔内设置一个环形槽，环形槽与壳体的内壁之间形成一个片体结构，使该片体结构具有弹性，形成一个环形的弹片。在壳体的内部设置与壳体一体的弹片，简化了压电陶瓷构件的机构和装配过程，增大了适用范围，同时降低了后期的维修、维护难度。同时可在环形槽内放置润滑油脂，有利于振动输出轴的润滑，减少磨损。

如图9～13所示，所述振动输出轴的横截面为圆形、环形、多边形或者他们的组合。采用多边形的振动输出轴，能够避免振动输出轴在振动时围绕输出轴的轴向转动，通过限制轴向的旋转自由度，使振动输出轴在振动时不发生围绕轴向转动，以适用于要求振动输出轴相对输出轴孔圆周方向固定的工况，本实施例中的振动输出轴采用多边形，具体的采用四边形，实施例中的多边形和圆形的组合，可以采用圆形振动输出轴加上四边形导向键进行导向，也能够防止圆形振动输出轴轴向转动。为了适应压电陶瓷振动源安装在不同位置，所述壳体的外轮廓横截面为以下形状中的一种或者多种的组合：圆形或者多边形。如图15所示，壳体的外轮廓为圆形和多边形的组合。

实施例3：

如图5～8所示，所述压电陶瓷构件与底座之间还设有调整垫片，所述调整垫片与底座之间为球面接触，且调整垫片与壳体内壁之间留有空隙。使调整垫片和底座之间采用球面接触，能够在放入压电陶瓷构件进行组装时对接触面进行自动调节，使振动输出轴、压电陶瓷构件和调整垫片之间接触充分，避免压电陶瓷构件与振动输出轴或压电陶瓷构件与调整垫片之间产生侧向力，避免增加压电陶瓷构件或者振动输出轴破坏的可能性。

实施例4：

作为对上述方案的改进，如图5～6所示，所述输出轴孔内设有润滑装置。在输出轴孔内设置润滑装置，能够对振动输出轴起到润滑作用，减少振动输出轴与输出轴孔之间的摩擦，减少振动输出轴的磨损，延长使用寿命。

如图5所示，本实施例中，所述润滑装置为油槽。使用油槽结构简单，只需定期向油槽内加入油、脂等润滑物即可。

如图6所示，所述润滑装置包括含油轴承、油槽、输油孔和油杯/油泵。所述油槽设置在输出轴孔内，所述油槽内设有与壳体外壁连通的输油孔，所述输油孔上连接有向油槽内供油的油杯或油泵。将供油的油杯或油泵管路设置在壳体的外侧，能够对润滑油进行实时监控。保证振动输出轴的润滑充分、可调、除热。

实施例5：

如图5～8所示，所述壳体的侧壁上设有通气孔。其中一个通气孔与冷却气体的供气气路连通，另一个通气孔和气体的回路连通，实现壳体内部部件的冷却，避免因为热胀原因降低加工精度，同时避免高温下部件的损坏。

实施例6：

如图14所示，所述输出轴孔的深度不小于振动输出轴的直径，即壳体设有输出轴孔的一端，内表面与外表面之间的距离H应该不小于振动输出轴的直径L，这样就能够使输出轴孔对振动输出轴有配合、定心、导向作用。工作时进行导向限制，增加振动输出轴工作刚性，防止振动输出轴跑偏，使工件的加工精度降低，导使加工工件报废，甚至将振动输出轴卡死，造成永久性破坏。

实施例7：

压电陶瓷作为一种成熟的产品，其横截面有圆形、环形、方形等，尺寸也依据不同型号各不相同，作为一种最具体的实施方式，本申请能够生产出体积微小的振动源，实现微小的精密加工，具体方式如下：本申请采用圆形的压电陶瓷，压电陶瓷外径4mm，压电陶瓷整体堆叠厚度20mm，振动源的壳体外形为圆形，外部直径15mm，高度35mm(加振动输出轴的长度)，将振动源做成体积较小的微型振动源，具有以下优势：1、能够进入狭小的空闲，实现全方位的加工；2、能够安装小型的精加工刀具，实现精密加工；3、应用灵活。基于上述描述，本申请的振动源能够为现代精密加工制造提供一种可靠的动力源。

在上述实施例中，压电陶瓷构件的电线穿过底座与电源连接，通电后的压电陶瓷构件带动振动输出轴振动，输出轴带动刀具实现对工件的振动加工；本申请中的电源采用调频调压电源，当压电陶瓷构件连接电源后，通过调节电源的频率，使电源的频率与压电陶瓷构件所需的频率一致，然后通过调节电源的电压，改变压电陶瓷构件的振幅，从而调节振动输出轴的冲击行程与推力。

一种机床，包括上述所述的任意一种压电陶瓷振动源，所述振动源固定在机床刀具的安装位置；振动源的振动输出轴上安装有振动刀具，能够实现对工件的振动加工，如振动车削，或者将压电陶瓷振动放置在滚压装置内部，实现对工件的振动滚压加工。

一种工业机器人，包括上述所述的任意一种压电陶瓷振动源，所述振动源固定在工业机器人的机械手臂上，振动源的输出轴安装有振动刀具，能够实现对工件的振动加工，如振动除应力、抗疲劳加工等。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种压电陶瓷振动源，其特征是：包括壳体，所述壳体上设有至少一个能够发生弹性形变的振动面，所述振动面的外侧设有振动输出轴，所述壳体内部设置有压电陶瓷构件，所述压电陶瓷构件的一端与所述振动面的内侧相接触，所述压电陶瓷构件的另一端与所述壳体另一端的内表面相接触。

2.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷振动源，其特征是，所述振动面与所述壳体分体设置。

3.一种压电陶瓷振动源，其特征是，包括壳体，所述壳体的一端设有底座，另一端设有输出轴孔；所述输出轴孔内设有振动输出轴，所述振动输出轴的一端伸出于壳体的外壁，另一端与底座之间设有压电陶瓷构件；所述压电陶瓷构件与所述底座贴合设置，所述振动输出轴与所述壳体之间设有弹性元件。

4.根据权利要求3所述的一种压电陶瓷振动源，其特征是，所述输出轴孔内设有润滑装置。

5.根据权利要求4所述的一种压电陶瓷振动源，其特征是，所述润滑装置包括油槽、输油孔和油杯/油泵，所述油槽设置在输出轴孔内，所述油槽内设有与壳体外壁连通的输油孔，所述输油孔上连接有向油槽内供油的油杯/油泵。

6.根据权利要求3所述的一种压电陶瓷振动源，其特征是，所述弹性元件为弹簧、碟簧、板簧或者与所述壳体一体设置的弹片；所述弹片由设置在输出轴孔内的环形槽分割而成。

7.根据权利要求1或3所述的任意一种压电陶瓷振动源，其特征是，所述壳体的侧壁上设有通气孔。

8.根据权利要求1或3所述的一种压电陶瓷振动源，其特征是，所述振动输出轴的横截面为以下形状中的一种或者多种的组合：圆形、环形、多边形。

9.一种机床，其特征是，包括权利要求1～8中所述的任意一种压电陶瓷振动源。

10.一种工业机器人，其特征是，包括权利要求1～8中所述的任意一种压电陶瓷振动源。