CN212071301U - 一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，涉及微细特种加工技术领域，包括动力源模块、动力传动模块和引电模块，所述动力源模块包括动力源和连接件，所述动力源通过所述连接件与所述动力传动模块连接；所述动力传动模块包括绝缘套筒和微细超声振动系统，所述微细超声振动系统安装于所述绝缘套筒内，所述绝缘套筒与所述连接件连接；所述引电模块安装于所述绝缘套筒的外侧。本实用新型结构紧凑、轻便、性能优良、方便实用，可以实现微细超声加工、微细超声振动辅助电火花加工、微细超声振动辅助电解加工。

Description

一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴

技术领域

本实用新型涉及微细特种加工技术领域，特别是涉及一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴。

背景技术

超声加工是利用超声振动的工具或工件，在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击以及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或工件沿一定方向施加超声振动进行加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。微细超声加工是在超声加工的基础上，减小工具头与磨粒尺寸以及振幅值实现的。微细超声加工技术是超声加工技术向高精度、微细化发展的重要方向；微细超声加工技术适用于半导体、光学玻璃、工程陶瓷等各种高强度、耐高温、耐磨损硬脆材料元器件的精密微细制造。

微细电火花加工又称为放电加工或电蚀加工，它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，利用放电时产生的瞬时、局部高温将金属材料蚀掉。加工过程中，工具与工件不接触。该技术已经广泛应用于诸如硬质合金、模具钢、淬火钢、聚晶金刚石等硬质、难加工材料的微细加工，亦可用于加工低刚度和复杂表面形状工件的微细加工。微细超声振动辅助微细电火花加工相对于无超声振动辅助的微细电火花加工，在微细电火花放电状态、加工效率、加工精度、材料去除率、电极磨损、以及表面粗糙度等方面具有较好的优势。一是超声振动能改善微细电火花加工过程的放电状态，可以提高材料去除率并减小工具电极相对损耗率，提高加工精度。二是超声振动有助于工作液的循环和清除间隙区的碎片，工作液振动引起的搅拌效应甚至会使间隙区内的碎片和碳颗粒分散，从而减少短路和异常放电，最终提高加工速度。

微细电化学加工分为微细电解加工和微细电镀加工，是通过化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料的特种加工方法，现已广泛应用筒形零件、花键孔、内齿轮、模具、阀片等异形零件的精密超精密微细加工。微细超声振动辅助施加到微细电解加工中，微量超声加工效应辅助及时去除电解产物，微细超声振动可有效降低电解加工过程中短路的发生；微细电解加工在加入超声振动致使加工区域的电解液扰动，其定域蚀除能力、加工稳定性、加工精度及工件表面质量均得到了改善。

微细超声加工、微细超声振动辅助微细电火花加工和微细超声振动辅助微细电解加工的实施基础是相对应的微细超声加工、微细超声振动辅助微细电火花加工机床和微细超声振动辅助微细电解加工机床，而微细超声加工、微细超声振动辅助加工机床关键核心部件是其对应的主轴。微细超声加工和微细超声振动辅助加工主轴需要实现的功能共同点为：一是主轴需要能够安装微细超声振动系统、二是主轴需要高精度旋转、三是需要将微细电火花电源或者微细电解电源的一极引入到微细工具上。目前，微细超声加工或微细超声振动辅助加工比较普遍的是将微细超声振动施加在工件上，用电机驱动的V块主轴作为机床的主轴，这种方式实现的微细超声加工或微细超声振动辅助加工存在以下一些问题：一是工件很难安装到超声振动工作台上实现声能的有效传输；二是对工件尺寸有限制，工件超过一定的尺寸微细超声工作台无法驱动；三是电机驱动的主轴转速可调范围有限，转速也不高，一般为0-5000r/min，难以实现可调范围广、较高速的旋转加工；四是加工装置比较复杂，结构不是很紧凑；五是主轴与机床本体之间不能良好的电绝缘，影响加工效率和加工质量。

因此，亟需提供一种新的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，以解决现有技术中所存在的上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，以解决上述现有技术存在的问题，结构紧凑、轻便、性能优良、方便实用，可以实现微细超声加工、微细超声振动辅助电火花加工、微细超声振动辅助电解加工。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，包括动力源模块、动力传动模块和引电模块，所述动力源模块包括动力源和连接件，所述动力源通过所述连接件与所述动力传动模块连接；所述动力传动模块包括绝缘套筒和微细超声振动系统，所述微细超声振动系统安装于所述绝缘套筒内，所述绝缘套筒与所述连接件连接；所述引电模块安装于所述绝缘套筒的外侧。

优选的，所述动力源采用BM320F电主轴。

优选的，所述连接件为T型转接金属件，所述T型转接金属件的小端安装在所述BM320F电主轴上，所述T型转接金属件的大端中部设置有光孔且有一水平贯穿的螺栓孔，用于与所述绝缘套筒的上端连接。

优选的，所述绝缘套筒为PLA塑料3D打印一体成型，所述绝缘套筒与所述T型转接金属件同轴设置。

优选的，所述绝缘套筒为阶梯型，所述绝缘套筒的上部设置有光轴，用于与所述T型转接金属件大端的光孔配合，所述光轴上设置有螺栓孔，用于与所述T型转接金属件大端的螺栓孔配合；所述绝缘套筒的中间阶梯轴处设置有一通孔用于进线；所述绝缘套筒的下部设置有锥形的阶梯孔，用于安装所述微细超声振动系统。

优选的，所述微细超声振动系统包括从上至下依次连接的后匹配块、压电陶瓷片、前匹配块、变幅杆、工具夹头和工具。

优选的，所述后匹配块、所述压电陶瓷片、所述前匹配块以及所述变幅杆通过双头螺栓连接在一起；所述变幅杆上设置有节面，所述节面固定在所述绝缘套筒下部的阶梯孔中；所述变幅杆的下端通过锥度配合螺栓紧固安装所述工具夹头，所述工具安装在所述工具夹头中。

优选的，所述引电模块包括滑环和滑环支撑件，所述滑环的内圈套在所述绝缘套筒的光轴中，并通过4个滑环内圈紧固螺栓紧固；所述滑环安装在所述滑环支撑件上，所述滑环外圈的滑环止转片通过止转片紧固螺栓固定在所述滑环支撑件上。

优选的，所述滑环支撑件为PLA塑料3D打印一体成型，所述滑环支撑件的顶部设置有两个翼板，两个所述翼板通过螺栓与螺母撑开固定在所述BM320F电主轴上。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、以NSK电主轴做为动力源，该电主轴的转速调节范围广，可以实现微细超声加工、微细超声振动辅助加工中主轴较高速旋转。

2、通过3D打印的绝缘套筒和滑环支撑件将电主轴与引电的工具、微细超声振动系统隔离开，结构紧凑且能够实现良好的电绝缘。

3、绝缘套筒通过3D打印一体成型，上端的光轴部分通过过渡配合与T型转接金属件连接，下端通过锥度与微细超声振动系统配合，能够保证高的回转精度与加工稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中T型转接金属件的剖面图；

图2为本实用新型中T型转接金属件的结构示意图；

图3为本实用新型中绝缘套筒的剖面图；

图4为本实用新型中绝缘套筒的结构示意图；

图5为本实用新型中微细超声振动系统的结构示意图；

图6为本实用新型中轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴的结构示意图；

图中，1、BM320F电主轴；2、滑环支撑件；3、螺母；4、螺栓；5、T型转接金属件；6、贯穿螺栓；7、滑环内圈紧固螺栓；8、滑环；9、止转片紧固螺栓；10、滑环止转片；11、节面安装螺栓；12、绝缘套筒；13、微细超声振动系统；14、后匹配块；15、压电陶瓷片；16、前匹配块；17、双头螺栓；18、变幅杆；19、节面；20、工具夹头；21、工具。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-6所示，本实施例提供一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，包括动力源模块、动力传动模块和引电模块，所述动力源模块包括动力源和连接件，所述动力源通过所述连接件与所述动力传动模块连接；所述动力传动模块包括绝缘套筒和微细超声振动系统，所述微细超声振动系统安装于所述绝缘套筒内，所述绝缘套筒与所述连接件连接；所述引电模块安装于所述绝缘套筒的外侧。

在本实施例中，动力源采用BM320F电主轴1，连接件采用T型转接金属件5；BM320F电主轴为日本NSK生产，其转速1000-80000r/min连续可调，T型转接金属件5如图1和2所示，小端直径为3.175mm，小端安装在BM320F电主轴上，T型转接金属件的大端有一光孔且有一水平贯穿的螺栓孔，分别用于与绝缘套筒上端的光轴和贯穿螺栓孔连接。

在本实施例中，如图3-4所示，绝缘套筒12为PLA塑料3D打印一体成型，上半部分有与T型转接金属件5大端的光孔配合的光轴，且有与T型转接金属件大端的螺栓孔配合的水平的螺栓孔，T型转接金属件5大端与绝缘套筒12光轴的配合为过渡配合，间隙趋近于0，这样能够保证两者之间的同轴度。

绝缘套筒12的中间阶梯轴处有一通孔用于进线；绝缘套筒12下半部分有一入口为一定锥度的阶梯孔用于安装微细超声振动系统13，下端阶梯孔与上端光轴需要保证同轴度要求。阶梯孔入口设置一定的锥度，其锥度与微细超声振动系统13的节面19上的锥度相等，利用锥孔的配合来保证绝缘套筒12和微细超声振动系统13的同轴度，达到保证工具21和BM320F电主轴1同轴度的要求。

在本实施例中，引电模块包括滑环8和滑环支撑件2，滑环8的内圈套在绝缘套筒12上端光轴中，并通过4个滑环内圈紧固螺栓7紧固，使其能够随光轴同步旋转；滑环8放置在滑环支撑件2上，滑环8外圈的滑环止转片10通过止转片紧固螺栓9固定在滑环支撑件2上。

滑环8能实现3路电能的传输，其中2路用于超声电源电能的传输；另外一路用于传输微细电火花电源或微细电解电源的一极电能到工具上。

2路用于超声电源电能的走线路径为：滑环外圈-滑环内圈-滑环支撑件穿线孔-绝缘套筒中间阶梯轴处穿线孔-微细超声振动系统中的压电陶瓷片正负极上。另一路电能的走线路径为：滑环外圈-滑环内圈-滑环支撑件穿线孔-绝缘套筒中间阶梯轴处穿线孔-节面穿线孔-工具。

滑环支撑件2整体为3D打印，其上部的两翼板安装在BM320F电主轴1上，通过螺栓4与螺母3旋紧撑开固定在BM320F电主轴1上；其下部用于放置滑环8，滑环8的外圈上的滑环止转片10通过止转片紧固螺栓9固定在滑环支撑件上。

在本实施例中，如图5所示，微细超声振动系统13主要包括后匹配块14、压电陶瓷片15、前匹配块16、双头螺栓17、变幅杆18、工具夹头20和工具21。后匹配块、压电陶瓷片、前匹配块、变幅杆通过双头螺栓连接在一起，变幅杆上有一节面19，节面上的振幅为零，通过其固定在绝缘套筒12下端的阶梯孔中。变幅杆的下端通过锥度配合螺栓紧固安装工具夹头20，工具21安装在工具夹头20中。压电陶瓷片15在超声电源的驱动下高频振动，超声振动通过变幅杆18对振幅进行放大之后传递到工具21上，使工具21沿轴向做高频超声振动。

本实施例整体装配如图6所示，T型转接金属件5上端通过BM320F电主轴1的电主轴夹头紧固，下端通过螺栓与绝缘套筒12连接，微细超声振动系统13通过螺栓安装在绝缘套筒12的下端阶梯孔中；滑环8放置在滑环支撑件2上，内圈套在绝缘套筒12的光轴上且通过螺栓紧固，滑环支撑件2顶部两翼板通过螺栓与螺母旋紧撑开固定在BM320F电主轴1上。

本实施例可以安装在微细超声加工机床、微细电火花加工机床、微细电解加工机床上使用，进行微细超声加工、微细超声振动辅助电火花加工、微细超声振动辅助电解加工。

微细超声加工实施方式：

将轻便型的微细超声加工主轴安装到微细超声加工机床上，工具通过工具夹头安装到主轴上。微细超声加工前，需对工具进行块/线电极电火花磨削加工，这样能够保证加工后的微细工具与主轴有很好的同轴度。电火花在线磨削加工时，电火花电源的阳极通过滑环引电到工具上，根据加工需要将工具磨削到需要的微细尺寸。微细超声加工时，将微细超声加工电源的引线通过滑环引电到微细超声振动系统中的压电陶瓷片上，然后通过BM320F电主轴控制器设置主轴需要的转速，打开微细超声电源，在控制系统的控制下进行微细超声加工。

微细超声振动辅助电火花加工实施方式：

将轻便型的微细超声振动辅助电火花加工主轴安装到微细电火花加工机床上，工具通过工具夹头安装到主轴上。微细超声振动辅助电火花加工前，需对工具进行块/线电极电火花磨削加工，这样能够保证加工后的微细工具与主轴有很好的同轴度。电火花在线磨削加工时，电火花电源的阳极通过滑环引电到工具上，根据加工需要将工具磨削到需要的微细尺寸。微细超声振动辅助电火花加工时，将微细超声加工电源的引线通过滑环引电到微细超声振动系统中的压电陶瓷片上，将微细电火花电源的阴极通过滑环引电到工具上、将微细电火花电源的阳极连接到工件上；然后通过BM320F电主轴控制器设置主轴需要的转速，打开微细超声电源和微细电火花电源，在控制系统的控制下进行微细超声振动辅助电火花加工。

微细超声振动辅助电解加工实施方式：

将轻便型的微细超声振动辅助电解加工主轴安装到微细电解加工机床上，工具通过工具夹头安装到主轴上。微细超声振动辅助电解加工前，需对工具进行块/线电极电火花磨削加工，这样能够保证加工后的微细工具与主轴有很好的同轴度。电火花在线磨削加工时，电火花电源的阳极通过滑环引电到工具上，根据加工需要将工具磨削到需要的微细尺寸。微细超声振动辅助电解加工时，将微细超声加工电源的引线通过滑环引电到微细超声振动系统中的压电陶瓷片上，将微细电解电源的阴极通过滑环引电到工具上、将微细电解电源的阳极连接到工件上；然后通过BM320F电主轴控制器设置主轴需要的转速,打开微细超声电源和微细电解电源，在控制系统的控制下进行微细超声振动辅助电解加工。

综上，本实用新型一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，以NSK生产的BM320F电主轴做为动力源，在高的回转精度下可以实现1000-80000r/min连续可调，实现微细超声加工、微细超声振动辅助加工可调范围广、较高速的旋转加工；滑环支撑件和套筒采用绝缘的PLA材料3D打印，可以实现复杂结构一体打印成型，确保主轴整体轻便、简单、结构紧凑；动力传动装置采用3D打印绝缘套筒结构，通过一体打印成型实现分别与主轴和微细超声振动系统装配，而且在保证高的传动精度下实现与电主轴的有效绝缘。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：包括动力源模块、动力传动模块和引电模块，所述动力源模块包括动力源和连接件，所述动力源通过所述连接件与所述动力传动模块连接；所述动力传动模块包括绝缘套筒和微细超声振动系统，所述微细超声振动系统安装于所述绝缘套筒内，所述绝缘套筒与所述连接件连接；所述引电模块安装于所述绝缘套筒的外侧。

2.根据权利要求1所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述动力源采用BM320F电主轴。

3.根据权利要求2所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述连接件为T型转接金属件，所述T型转接金属件的小端安装在所述BM320F电主轴上，所述T型转接金属件的大端中部设置有光孔且有一水平贯穿的螺栓孔，用于与所述绝缘套筒的上端连接。

4.根据权利要求3所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述绝缘套筒为PLA塑料3D打印一体成型，所述绝缘套筒与所述T型转接金属件同轴设置。

5.根据权利要求4所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述绝缘套筒为阶梯型，所述绝缘套筒的上部设置有光轴，用于与所述T型转接金属件大端的光孔配合；所述光轴上设置有螺栓孔，用于与所述T型转接金属件大端的螺栓孔配合；所述绝缘套筒的中间阶梯轴处设置有一通孔用于进线；所述绝缘套筒的下部设置有锥形的阶梯孔，用于安装所述微细超声振动系统。

6.根据权利要求5所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述微细超声振动系统包括从上至下依次连接的后匹配块、压电陶瓷片、前匹配块、变幅杆、工具夹头和工具。

7.根据权利要求6所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述后匹配块、所述压电陶瓷片、所述前匹配块以及所述变幅杆通过双头螺栓连接在一起；所述变幅杆上设置有节面，所述节面固定在所述绝缘套筒下部的阶梯孔中；所述变幅杆的下端通过锥度配合螺栓紧固安装所述工具夹头，所述工具安装在所述工具夹头中。

8.根据权利要求5所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述引电模块包括滑环和滑环支撑件，所述滑环的内圈套在所述绝缘套筒的光轴中，并通过4个滑环内圈紧固螺栓紧固；所述滑环安装在所述滑环支撑件上，所述滑环外圈的滑环止转片通过止转片紧固螺栓固定在所述滑环支撑件上。

9.根据权利要求8所述的轻便型的微细超声或微细超声振动辅助加工主轴，其特征在于：所述滑环支撑件为PLA塑料3D打印一体成型，所述滑环支撑件的顶部设置有两个翼板，两个所述翼板通过螺栓与螺母撑开固定在所述BM320F电主轴上。

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