超声波加工主轴及其电连接结构的制作方法

本发明涉及超声波加工技术领域，特别是涉及一种超声波加工主轴及其电连接结构。

背景技术：

超声波加工是利用工具头附加的超声波振动，实现对陶瓷、玻璃、蓝宝石、氧化锆和碳化硅等具备优越的物理、化学和机械性能的硬脆、难加工材料的复合加工方式。特别是近来年，随着手机、奢侈品等行业的快速发展，对蓝宝石、氧化锆等硬脆、难加工材料的加工要求越来越高、应用量也越来越大，在机床上如何方便、快捷、可靠地应用超声波技术成为行业研究和探索的方向。

主轴是机床的核心部件，工具头通过刀柄装配到主轴上。传统的超声波加工技术中，有通过无线传输的方式将超声波发生器的能量传递给超声换能器，超声换能器通过变幅杆将机械振动能传递给工具头。具体表现为将无线发射组件外置安装在主轴上，无线接收组件外置安装在刀柄上。然而，当刀柄不小心掉落时，无线接收组件容易受到损坏。而且，传统的做法是将装配有无线接收组件的刀柄现场组装至主轴上，会影响刀柄的装配精度和无线传输性能的稳定性。

因此，将无线发射组件和无线接收组件内置于主轴的方式应运而生。目前将无线发射组件和无线接收组件内置于主轴的结构中，大都是在主轴下端开孔设置输出电触点，刀柄侧面或端面开孔设置输入电触点，输出电触点和输入电触点贴合接通。然而，由于主轴与刀柄之间始终存在间隙，间隙处容易进入杂物或导电液体，输出电触点和输入电触点裸露在间隙处，容易产生漏电现象，存在安全隐患。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以有效避免漏电现象，消除安全隐患的超声波加工主轴及其电连接结构。

一种超声波加工主轴的电连接结构，包括：

杆体；

第一导电件，设置于所述杆体的内部，所述第一导电件的一端外露于所述杆体的外侧壁；

第二导电件，设置于所述杆体的内部且与所述第一导电件绝缘设置，所述第二导电件的一端外露于所述杆体的外侧壁；

拉杆，开设有装配孔，所述杆体的一端伸入所述拉杆的装配孔内；

第三导电件，设置于所述拉杆的内部且外露于所述装配孔，所述第三导电件用于与所述第一导电件接触后电连接；及

第四导电件，设置于所述拉杆的内部且外露于所述装配孔，所述第四导电件与所述第三导电件绝缘设置，所述第四导电件用于与所述第二导电件接触后电连接。

在其中一个实施例中，所述杆体上开设有贯穿其顶端和底端的通孔。

在其中一个实施例中，所述第一导电件嵌设于所述杆体的内部且与所述通孔不连通，所述第二导电件嵌设于所述杆体的内部且与所述通孔不连通。

在其中一个实施例中，所述第一导电件及所述第二导电件通过注塑成型的方式嵌设于所述杆体的内部。

在其中一个实施例中，所述第一导电件为导电圆管，所述第二导电件为导电圆管。

在其中一个实施例中，所述第一导电件的另一端外露于所述杆体的底端，所述第二导电件的另一端外露于所述杆体的底端。

在其中一个实施例中，所述第三导电件包括相互电连接的第一电连接部及第一弹性触点片，所述第一弹性触点片外露于所述装配孔与所述第一导电件接触后电连接，所述第四导电件包括相互电连接的第二电连接部及第二弹性触点片，所述第二弹性触点片外露于所述装配孔与所述第二导电件接触后电连接。

在其中一个实施例中，所述第一导电件外露于所述杆体的外侧壁的一端的高度大于或等于所述第一弹性触点片的直径；所述第二导电件外露于所述杆体的外侧壁的一端的高度大于或等于第二弹性触点片的直径。

在其中一个实施例中，所述第一导电件外露于所述杆体的外侧壁的一端位于所述第二导电件外露于所述杆体的外侧壁的一端的上方；所述第三导电件位于所述第四导电件的上方。

在其中一个实施例中，还包括法兰、第一密封圈及套环，所述法兰设置于所述杆体外，所述第一密封圈套设于所述杆体外且靠近所述法兰设置，所述套环套设于所述第一密封圈及所述法兰外并压紧所述法兰。

在其中一个实施例中，还包括第二密封圈，所述第二密封圈位于所述杆体与所述拉杆之间。

一种超声波加工主轴，包括：

如上任一项所述的电连接结构。

上述超声波加工主轴的电连接结构至少具有以下优点：

第一导电件设置于杆体的内部且一端外露于杆体的外侧壁，第二导电件设置于杆体的内部且一端外露于杆体的外侧壁，第三导电件设置于拉杆的内部且外露于拉杆的装配孔，第四导电件设置于拉杆的内部且外露于装配孔，因此，当杆体的一端组装至拉杆的装配孔内后，第一导电件与第三导电件接触后实现电连接，第四导电件与第二导电件接触后实现电连接。由于拉杆会被组装至芯轴的内部，因此接触电连接处并不会裸露在芯轴与刀柄的间隙处，因此可以有效避免漏电现象以消除安全隐患。另外，由于第一导电件和第二导电件均在杆体的外侧壁上实现与第三导电件和第四导电件的接触电连接，因此对位要求较低，在组装过程中不容易第一导电件和第二导电件磨损或弯折，可以有效延长使用寿命，保证电性传导的稳定性。

附图说明

图1为一实施方式中的超声波加工机床的局部结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2中a处的放大图；

图4为图2的局部示意图；

图5为图4的局部示意图；

图6为图5的局部示意图；

图7为图6的局部示意图；

图8为图4的另一局部示意图；

图9为图8中b处的放大图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1及图2，一实施方式中的超声波加工机床10，包括超声波加工主轴100及超声波发生器200，超声波发生器200用于将工频交流电转换为超声频振荡信号，以供给工具头300端面往复振动和去除工件材料的能量。工具头300可以为刀具或磨头等。超声波发生器200可以通过外接的方式设置，也可以集成在机床的控制柜中。

超声波加工主轴100包括外壳110、芯轴120、无线发射组件130、无线接收组件140、拉动组件150及刀柄160，工具头300装配于刀柄160上，以实现安装于超声波加工主轴100上的目的。

外壳110固定安装在床身上。具体地，外壳110上形成有至少贯穿其底部的容置腔111。芯轴120设置于外壳110的内部，芯轴120相对于外壳110可转动。可以通过在芯轴120与外壳110之间设置轴承112。具体地，芯轴120设置在外壳110的容置腔111内，芯轴120可转动，外壳110固定。需要说明的是，芯轴120设置在外壳110的容置腔111内，既可以理解为芯轴120全部容纳在容置腔111内，此时芯轴120的底端不伸出于外壳110的底部；也可以理解为芯轴120部分容纳在容置腔111内，此时芯轴120的底端伸出于外壳110的底部。

无线发射组件130封装于外壳110的内部。例如，可以在容置腔111的腔壁上形成封装槽，无线发射组件130封装于封装槽内。因此，可以有效避免无线发射组件130外露，进而保护无线发射组件130，还能够避免无线发射组件130与其他元器件发生干涉现象，因此无线发射组件130的体积和结构上设计可以更灵活，例如无线发射组件130可以设置成圆环形，以提高无线传输效率。无线发射组件130与超声波发生器200电连接，用于将超声波发生器200的能量通过无线传输的方式发射出去。无线发射组件130包括无线发射磁芯及发射线圈，发射线圈设置于无线发射磁芯内。无线发射磁芯可以为铁氧体材质制成。

无线接收组件140固定于芯轴120上，且位于外壳110的内部。因此，可以避免无线接收组件140外露，而且无线接收组件140不再装配于刀柄160上，即使刀柄160掉落，无线接收组件140也不会损坏。无线发射组件130与无线接收组件140间隔相对设置，无线接收组件140通过无线传输的方式接收无线发射组件130传递的能量。无线接收组件140包括接收环、无线接收磁芯及接收线圈，无线接收磁芯设置于接收环内，接收线圈设置于无线接收磁芯内。无线接收磁芯可以为铁氧体材质制成。

进一步地，无线接收组件140可以通过焊接的方式固定于芯轴120上，可以保证无线接收组件140与芯轴120之间的牢固性。具体地，将接收环通过焊接的方式固定于芯轴120上，无线接收磁芯容纳在接收环的环形槽内，接收线圈容纳在无线接收磁芯的环形槽内。芯轴120的外侧壁上凸出形成有定位凸环，通过将接收环定位在定位凸环上，有利于接收环与芯轴120之间的装配便利性。接收线圈具有引线，引线包括正极引线及负极引线。

拉动组件150设置于芯轴120的内部。刀柄160通过拉动组件150装配于芯轴120的底端，且刀柄160随芯轴120的转动而转动。具体地，刀柄160为超声波刀柄（以下简称刀柄160）。例如，刀柄可以为hsk刀柄。刀柄160包括刀柄本体161及超声换能器162，超声换能器162设置于刀柄本体161上。刀柄本体161上开设有第一安装腔体163，拉动组件150的下端伸入第一安装腔体163内，第一安装腔体163内还设置有杆体164。杆体164可拆卸地安装于第一安装腔体163的底壁。

进一步地，刀柄本体161上还开设有第二安装腔体165，第一安装腔体163的底壁上开设有连通孔166，连通孔166连通第一安装腔体163与第二安装腔体165。超声换能器162收容于第二安装腔体165内。超声换能器162包括正极电极片167及负极电极片168。

具体地，芯轴120的内部形成有相互连通的第一收容腔及第二收容腔，第一收容腔位于第二收容腔下方。第一收容腔用于安装刀柄本体161开设有第一安装腔体163的一端，第二收容腔用于容纳拉动组件150的上端。

其中，引线通过导电机构与超声换能器162电连接，导电机构包括第一导线、第一导电组件、第二导电组件及第二导线，第一导电组件设置于杆体164上，第二导电组件设置于拉动组件150上，第一导线的一端与第一导电组件电连接，第一导线的另一端与超声换能器162电连接，第一导线穿设于连通孔166内。因此，无需在刀柄本体161的侧壁上开孔，减少了外界杂质进入刀柄本体161内的风险。第一导电组件与接第二导电组件触后电连接，第二导线的一端与接收线圈的引线电连接，第二导线的另一端与第二导电组件电连接。

因此相对于传统裸露在间隙处贴合接通的方式，本方案中第二导电组件与第一导电组件在刀柄本体161的第一安装腔体163内接触后电连接，即使刀柄160与芯轴120之间有间隙，间隙处进入杂物或导电液体，也不会对刀柄本体161的第一安装腔体163内的第二导电组件和第一导电组件产生影响，从而有效避免漏电现象，消除安全隐患。

请一并参阅图3及图4，进一步地，拉动组件150包括拉杆151及夹爪152，夹爪152套设于拉杆151上，夹爪152具有安装端153及夹爪端154，安装端153设置于芯轴120内，夹爪端154伸入刀柄本体161的第一安装腔体163内，拉杆151的底端伸入刀柄本体161的第一安装腔体163内，并被限位于夹爪端154，第二导电组件设置于拉杆151上。在组装的过程中，向上拉动拉杆151，拉杆151撑开夹爪端154，夹爪端154将刀柄160压紧在第一收容腔的腔壁上。

具体地，拉杆151的底端为圆锥端，拉杆151的底端沿靠近杆体164的方向外径逐渐增大，夹爪端154的内侧形成有与圆锥端相匹配的内锥面。因此，当向上拉动拉杆151时，圆锥端不断挤压内锥面，迫使夹爪端154撑开，对刀柄160进行压紧。

进一步地，夹爪端154的外侧形成有第一倾斜面155，第一倾斜面155向下倾斜且与芯轴120的轴线之间的径向距离逐渐增大，刀柄本体161的第一安装腔体163的侧壁形成有与第一倾斜面155相匹配的第二倾斜面156。因此，当夹爪端154被撑开时，夹爪端154的第一倾斜面155与刀柄本体161的第二倾斜面156相配合，迫使刀柄本体161向上移动，进而减小刀柄160与芯轴120底端的间隙。

进一步地，拉杆151上开设有装配孔157，装配孔157至少贯穿拉杆151的底端面，第二导电组件设置于拉杆151上并贯穿装配孔157的孔壁。因此，杆体164伸入拉杆151内，第二导电组件与第一导电组件在拉杆151的装配孔157内接触后电连接，对电接触处形成第二层保护，进一步防止漏电现象。

具体地，第二导电组件包括电连接部及弹性触点片，电连接部嵌设于拉杆151内，弹性触点片与电连接部电连接，弹性触点片贯穿装配孔157的孔壁。因此，当杆体164伸入拉杆151内后，弹性触点片被压缩，并与第一导电组件直接接触实现电连接。当刀柄160被取下时，杆体164从拉杆151内脱出，弹性触点片恢复初始位置，第一导电组件随杆体164脱出，此时弹性触点片不与第一导电组件接触。设置弹性触点片，可以有效防止第一导电组件与第二导电组件接触时相互损坏。

请一并参阅图5至图9，同理，杆体164上开设有通孔169，第一导电组件嵌设于杆体164上且与通孔169不连通，第一导线与第一导电组件电连接。而杆体164伸入拉杆151的装配孔157内，因此第二导电组件与第一导电组件的接触处位于装配孔157内，因此刀柄本体161的第一安装腔体163对第二导电组件与第一导电组件的接触处起第一层保护作用，拉杆151对第二导电组件与第一导电组件的接触处起到第二层保护作用，防止刀柄本体161的第一安装腔体163内意外进入杂物或导电液体，导致漏电现象。

装配孔157还贯穿拉杆151的顶端面，因此，拉杆151为两端开口的中空状结构。同理，通孔169贯穿杆体164的相对两端（即顶端和底端），杆体164也为两端开口的中空状结构，装配孔157与通孔169相连通。因此，杆体164可以作为冷却管使用，冷却介质从拉杆151的顶端通入，并流入杆体164内，以对工具头300进行冷却。

进一步地，杆体164可拆卸地安装于第一安装腔体163的底壁。因此，杆体164与刀柄本体161为分体式结构。具体地，杆体164通过法兰171、第一密封圈172及套环173可拆卸地装配于第一安装腔体163的底壁上。法兰171设置于杆体164外，第一密封圈172套设于杆体164外且靠近法兰171设置，套环173套设于第一密封圈172及法兰171外并压紧法兰171。第一密封圈172的数量为两个，法兰171的相对两侧分别设置一第一密封圈172，第一密封圈172主要起密封作用。法兰171可以与杆体164一体成型设置，套环173外设置有外螺纹，刀柄本体161上设置有内螺纹，套环173通过螺纹的方式螺接于刀柄本体161上。

具体地，可以在连通孔166的侧壁向下凹陷形成有凹槽，套环173位于凹槽内，凹槽的侧壁设置有内螺纹，套环173螺设于第一安装腔体163的底壁上，容易拆装。

进一步地，还包括第二密封圈174，第二密封圈174位于杆体164与拉杆151之间。具体地，第二密封圈174套设于杆体164外，且位于拉杆151的底部。第二密封圈174用于增加拉杆151与杆体164之间的密封性，防止杂质或导电液体从拉杆151与杆体164之间的间隙进入，进而影响第一导电组件与第二导电组件的导电性能。

进一步地，第二导线包括第二正极导线181及第二负极导线182，第二导电组件包括第三导电件183及第四导电件184，第三导电件183与第四导电件184间隔绝缘设置。第一导电组件包括第一导电件185及第二导电件186，第一导电件185与第二导电件186间隔绝缘设置。第二正极导线181的一端与正极引线电连接，另一端与第三导电件183电连接。第二负极导线182的一端与负极引线电连接，另一端与第四导电件184电连接。第一导电件185与第三导电件183接触后电连接，第二导电件186与第四导电件184接触后电连接。第一导线包括第一正极导线187及第一负极导线188，第一正极导线187的一端与第一导电件185电连接，第一正极导线187的另一端与超声换能器162的正极电极片167电连接，第一负极导线188的一端与第二导电件186电连接，第一负极导线188的另一端与超声换能器162的负极电极片168电连接。

请参阅图7，具体到本实施方式中，第一导电件185设置于杆体164的内部，第一导电件185的一端外露于杆体164的外侧壁。第二导电件186设置于杆体164的内部且与第一导电件185绝缘设置，第二导电件186的一端外露于杆体164的外侧壁。需要解释的是，这里所指的“外露”，可以是外凸于外侧壁，也可以与外侧壁平齐，或者内凹于外侧壁，只要能够实现外露于外侧壁，以与第三导电件183或第四导电件184接触后电连接的目的即可。

请参阅图4至图6，杆体164、第一导电件185和第二导电件186都位于第一安装腔体163内。当超声波刀柄160组装至芯轴120上时，第一导电件185与位于杆体164外周侧的第三导电件183接触电连接，第二导电件186与位于杆体164外周侧的第四导电件184接触电连接，刀柄160的侧面和端面并未开孔用来设置输入电触点，因此可以避免外界杂物或导电液体进入刀柄160内部的风险。另外，由于第一导电件185和第二导电件186均在杆体164的外侧壁上实现与第三导电件183和第四导电件184的接触电连接，因此对位要求较低，在组装过程中不容易第一导电件185和第二导电件186磨损或弯折，可以有效延长使用寿命，保证电性传导的稳定性。

请参阅图8，具体地，定义超声波加工主轴的电连接结构包括杆体164、第一导电件185、第二导电件186、拉杆151、第三导电件183和第四导电件184。图9为图8中b处的放大图。第一导电件185设置于杆体164的内部，第一导电件185的一端外露于杆体164的外侧壁。第二导电件186设置于杆体164的内部且与第一导电件185绝缘设置，第二导电件186的一端外露于杆体164的外侧壁。

拉杆151开设有装配孔157，杆体164的一端伸入拉杆151的装配孔157内。第三导电件183设置于拉杆151的内部且外露于装配孔157，第三导电件183用于与第一导电件185接触后电连接。第四导电件184设置于拉杆151的内部且外露于装配孔157，第四导电件184与第三导电件183绝缘设置，第四导电件184用于与第二导电件186接触后电连接。

上述超声波加工主轴的电连接结构至少具有以下优点：

第一导电件185设置于杆体164的内部且一端外露于杆164体的外侧壁，第二导电件186设置于杆体164的内部且一端外露于杆体164的外侧壁，第三导电件183设置于拉杆151的内部且外露于拉杆151的装配孔157，第四导电件184设置于拉杆151的内部且外露于装配孔157，因此，当杆体164的一端组装至拉杆151的装配孔157内后，第一导电件185与第三导电件183接触后实现电连接，第四导电件184与第二导电件186接触后实现电连接。由于拉杆151会被组装至芯轴120的内部，因此接触电连接处并不会裸露在芯轴120与刀柄161的间隙处，因此可以有效避免漏电现象以消除安全隐患。另外，由于第一导电件185和第二导电件186均在杆体164的外侧壁上实现与第三导电件183和第四导电件184的接触电连接，因此对位要求较低，在组装过程中不容易第一导电件185和第二导电件186磨损或弯折，可以有效延长使用寿命，保证电性传导的稳定性。

进一步地，第一导电件185嵌设于杆体164的内部且与通孔169不连通，第二导电件186嵌设于杆体164的内部且与通孔169不连通。第一导电件185的另一端外露于杆体164的底端，第二导电件186的另一端外露于杆体164的底端。即，第一导电件185与第二导电件186在杆体164的内部从顶端延伸至底端，第一导电件185与第二导电件186的大部分都内嵌于杆体164的内部，只有两端分别外露于外侧壁和底端，因此可以对第一导电件185和第二导电件186起到保护作用。此时，开设通孔169的杆体164可以作为冷却管使用，向冷却管内通入冷却液，可在工具头300对工件磨削或切削时起到冷却作用。

进一步地，第一导电件185和第二导电件186可以通过注塑成型的方式嵌设于杆体164的内部。杆体164的为塑料材质，可在注塑成型时将第一导电件185和第二导电件186一体成型嵌设于杆体164的内部。

进一步地，第一导电件185可以为导电圆管，导电圆管嵌设于杆体164上。第二导电件186也为导电圆管，导电圆管嵌设于杆体164上。因此，第一导电件185和第二导电件186对应杆体164的四周缘都可以接触导电，降低了对位要求，提高了接触的稳定性。

进一步地，第一导电件185外露于杆体164的外侧壁的一端位于第二导电件186外露于杆体164的外侧壁的一端的上方，以避免第一导电件185与第二导电件186出现交叉，杜绝第一导电件185与第二导电件186产生短路现象。需要指的是，这里所说的“上方”是基于图7中杆体164所放置的位置来说的。当将图7中的杆体164倒置时，第一导电件185外露于杆体164的外侧壁的一端则位于第二导电件186外露于杆体164的外侧壁的一端的下方。对应地，第三导电件183位于第四导电件184的上方。

进一步地，第二导线的另一端贯穿芯轴120后伸入拉杆151内，并在拉杆151的内部延伸至与第二导电组件电连接。具体地，可在拉杆151高于刀柄本体161的地方开设穿线孔，避免在刀柄本体161上开设通孔169而增大漏电的风险，然后在拉杆151上形成穿线通道，穿线通道与拉杆151底端的第二导电组件相连通，然后使第二导线的另一端穿入穿线孔，并经由穿线通道与第二导电组件相连通。因此，当拉杆151向上拉动时，由于第二导线容纳在穿线通道内，因此第二导线不会乱窜，不会对拉杆151产生干扰，也不会被拉杆151挤压。

具体地，拉杆151的内部可以形成有两个穿线通道，一穿线通道对应一穿线孔，一穿线通道对应于第二正极导线181，另一穿线通道对应于第一负极电线。

进一步地，第三导电件183包括相互电连接的第一电连接部191及第一弹性触点片192，第一弹性触点片192外露于装配孔157与第一导电件185接触后电连接。第四导电件184包括相互电连接的第二电连接部193及第二弹性触点片194，第二弹性触点片194外露于装配孔157与第二导电件186接触后电连接。

进一步地，第一导电件185外露于杆体164的外侧壁的一端的高度大于或等于第一弹性触点片192的直径，因此，可以增大第一导电件185与第一弹性触点片192的接触概率，提高导电稳定性。第二导电件186外露于杆体164的外侧壁的一端的高度大于或等于第二弹性触点片194的直径。因此，可以增大第一导电件185与第一弹性触点片194的接触概率，提高导电稳定性。需要指出的是，这里所指的“高度”是指第一导电件185一端或第二导电件186一端的自身的高度，而不是第一导电件185或第二导电件186相对于杆体164的相对高度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。