杆件外的弹性件，所述弹簧杆28前端与拉爪26连接、后端与弹簧杆连接杆31连接、内部设有贯穿弹簧杆28的杆件内孔和弹簧杆连接杆31的电极I 27，所述弹簧杆连接杆31端部设有电极端盖30，所述弹簧杆连接杆31外部套设固定有副边轴芯40，所述副边轴芯40上设有副边磁芯36和副边线圈38，所述电主轴外壳I内部固定有原边支架41，所述原边支架41上设有原边磁芯37和原边线圈39，所述原边线圈39通过导线与超声电源33连接，所述副边线圈38与电极
I27通过导线连接，所述主轴外壳I尾部设有用于推动弹簧杆连接杆31进而推动弹簧杆28的推动装置32，推动装置32启动能使拉爪26张开，关闭推动装置32时，弹性件能使弹簧杆28复位；原边支架41、原边磁芯37、原边线圈、39副边轴芯40、副边磁芯36和副边线圈38组成无线传输模块。
[0023]所述超声刀柄单元包括锥柄14，所述锥柄14的内部设有压电陶瓷15，本实施例设有两个压电陶瓷15，所述锥柄14的端部设有与拉爪26配合的拉钉22和贯穿拉钉22的电极II 21，所述电极II 21与压电陶瓷15之间导电连接，所述压电陶瓷15通过变幅杆12与钻头组件连接，在拉爪26和拉钉22配合连接的情况下，所述电极I 27与电极II 21接触。
[0024]所述进给单元包括长凹槽基座3和通过丝杠支撑座4固定在长凹槽基座3上的丝杠6，步进电机9带动丝杠6旋转，驱动连接丝杠螺母的主轴单元沿进给方向前后移动。步进电机9可以更换为直线电机、气缸或油缸，丝杠6也应更换成对应的直线运动机构。所述导引滑块?与长凹槽基座3上的直线导轨5相配合。
[0025]所述锥柄14内设有装配腔体和贯穿锥柄14的装配孔，所述装配孔与装配腔体连通，所述装配腔体内设有压电陶瓷15，所述压电陶瓷15通过压紧螺母16固定，所述变幅杆12通过前压板13固定在装配腔体的端口处，所述拉钉22的尾部旋入配孔内，所述装配孔与装配腔体连接的一端处设有从装配腔体旋入的螺钉18，螺钉18旋接在绝缘内接头19上，所述电极II 21与螺钉18通过弹簧触点20连接，弹簧触点20设置于绝缘内接头19内部，所述螺钉18与装配腔体的内端面之间设有绝缘垫片17。
[0026]所述电极I 27外部设有电极绝缘套I 34，电极II 21外部套设有电极绝缘套
II23。
[0027]所述弹簧杆28为蝶形弹簧杆，包括杆件和套设于杆件外的若干蝶形弹簧，所述主轴转子25内设有弹簧限位件，所述弹簧限位件将蝶形弹簧限位于弹簧限位件与弹簧杆连接杆31之间，弹簧杆28的杆件伸出弹簧限位件并与拉爪26连接。
[0028]所述电极II 21与螺钉18同轴设置。
[0029]所述推动装置32为油缸，所述电极I 27与电极II 21均为铜电极。
[0030]所述电主轴外壳I内设有滑杆35，所述原边支架41能在滑杆35上来回滑动，在启动推动装置32时，无线传输模块可随弹簧杆28前后运动。
[0031]本实施例的工作流程如下:制孔前根据孔径大小选择合适的钻头和对应的弹簧夹头，并用螺帽11压紧在超声刀柄单元上，之后将锥柄14安装在电主轴上，安装超声刀柄时，推动装置32推动弹簧杆28向前，无线传输模块整体随之运动，原边支架41在滑杆35上滑动，拉爪26张开。将超声刀柄单元插入主轴转子25，通过锥柄14配合，同时电极II 21插入拉爪26内环槽与弹簧杆28内电极I 27相连。推动装置32退回，拉爪26复位连接刀柄上的拉钉22，完成刀具安装。待机器人找到钻孔位置后，启动电主轴，同时开启外接超声电源33，超声电源33通过超声信号线与原边线圈39相连，通过电磁感应将超声信号传递到副边线圈38上，副边线圈38的一极与刀柄壳体相连，另一极与电极I 27相连，再通过电极II 21弹簧触点20、螺钉18和导线传入压电陶瓷15，激发其产生超声频率振动。振动经由变幅杆12放大，带动麻花钻10产生轴向振动。启动电主轴，主轴转子25转动，副边轴芯40与固定在其上的副边磁芯36和副边线圈38 —起转动，而原边支架41由于滑杆35限制，不会随主轴转子25转动。超声刀柄与主轴转子25 —起转动，旋转运动与轴向振动复合成超声振动钻削运动。步进电机9启动，丝杠6旋转带动主轴单元轴向进给。钻孔完成后，步进电机9反转，主轴单元退出加工位。机器人移动到下一位置准备下一次加工。需要加工不同孔径的孔时，需将超声刀柄卸下，更换钻头后重新安装在电主轴上，即可进行所需孔径的钻削工作，也可配备多把装好不同钻头的超声刀柄，直接更换刀柄。
[0032]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超声振动钻孔末端执行器，包括主轴单元、超声刀柄单元和进给单元，其特征在于: 所述主轴单元包括电主轴外壳(I)和通过轴承(29)支撑在电主轴外壳(I)内部的主轴转子(25)，所述主轴转子(25)内部设有弹簧杆(28)，所述弹簧杆(28)包括管状的杆件和套设于杆件外的弹性件，所述弹簧杆(28)前端与拉爪(26)连接、后端与弹簧杆连接杆(31)连接、内部设有贯穿弹簧杆(28)和弹簧杆连接杆(31)的电极I (27)，所述弹簧杆连接杆(31)外部固定有副边轴芯(40)，所述副边轴芯(40)上设有副边磁芯(36)和副边线圈(38)，所述电主轴外壳(I)内部固定有原边支架(41)，所述原边支架(41)上设有原边磁芯(37)和原边线圈(39)，所述原边线圈(39)与超声电源(33)连接，所述副边线圈(38)与电极I (27)通过导线连接，所述电主轴外壳(I)尾部设有用于推动弹簧杆连接杆(31)进而推动弹簧杆(28)的推动装置(32)，推动装置(32)启动时能使拉爪(26)张开，关闭推动装置(32)时，弹性件能使弹簧杆(28)复位; 所述超声刀柄单元包括锥柄(14)，所述锥柄(14)的内部设有压电陶瓷(15)，所述锥柄(14)的端部设有与拉爪(26)配合的拉钉(22)和贯穿拉钉(22)的电极II (21)，所述电极II (21)与压电陶瓷(15)之间导电连接，所述压电陶瓷(15)通过变幅杆(12)与钻头组件连接，在拉爪(26)和拉钉(22)配合连接时，所述电极I (27)与电极II (21)接触。2.根据权利要求1所述的超声振动钻孔末端执行器，其特征在于:所述锥柄(14)内设有装配腔体和贯穿锥柄(14)的装配孔，所述装配孔与装配腔体连通，所述装配腔体内设有压电陶瓷(15)，所述压电陶瓷(15)通过压紧螺母(16)预紧，所述变幅杆(12)通过前压板(13)固定在装配腔体的端口处，所述拉钉(22)的尾部旋入装配孔内，所述装配孔与装配腔体连接的一端处设有从装配腔体旋入的螺钉(18)，所述电极II (21)与螺钉(18)通过弹簧触点(20)连接，所述螺钉(18)与装配腔体的内端面之间设有绝缘垫片(17)。3.根据权利要求2所述的超声振动钻孔末端执行器，其特征在于:所述电极I(27)和电极II (21)外部均套设有绝缘套。4.根据权利要求1所述的超声振动钻孔末端执行器，其特征在于:所述弹簧杆(28)为蝶形弹簧杆，包括杆件和套设于杆件外的若干蝶形弹簧，所述主轴转子(25)内设有弹簧限位件，所述弹簧限位件将蝶形弹簧限位于弹簧限位件与弹簧杆连接杆(31)之间，弹簧杆(28)的杆件伸出弹簧限位件并与拉爪(26)连接。5.根据权利要求1所述的超声振动钻孔末端执行器，其特征在于:所述电极II(21)与螺钉(18)同轴设置。6.根据权利要求1所述的超声振动钻孔末端执行器，其特征在于:所述推动装置(32)为油缸，所述电极I (27)与电极II (21)均为铜电极。7.根据权利要求1所述的超声振动钻孔末端执行器，其特征在于:所述电主轴外壳(I)内设有滑杆(35)，所述原边支架(41)能在滑杆(35)上滑动。
【专利摘要】本发明公开了一种超声振动钻孔末端执行器，包括主轴单元、超声刀柄单元和进给单元，本发明所述的超声振动钻孔末端执行器克服了传统钻孔工艺的不足，利用超声振动钻孔工艺，用于铝合金、钛合金、碳纤复合材料等难加工材料机器人制孔，尤其是进行直径小于6mm的小孔钻削，提高加工质量和效率；本发明在转子末端采用径向无线传输方式传递超声信号，与油缸打刀运动和主轴转动不干涉，铜电极穿过弹簧杆内孔，在装刀时通过弹性销轴配合形式与刀柄内铜电极连接，传递超声信号，无需更换碳刷，提高装置耐用性，电能传输装置全部在主轴内，机器人可实现多角度钻孔；多把超声刀柄之间可进行快速换刀，提高加工效率。
【IPC分类】B23B37/00
【公开号】CN104959639
【申请号】CN201510430827
【发明人】董志刚, 康仁科, 朱祥龙, 李晓峰, 王毅丹, 刘津廷
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月21日