本专利涉及一种旋转切削机床用主轴，特别是一种旋转切削机床超声主轴。
背景技术：
超声波机加工是在机床的刀具上附加超声波振动，实现对陶瓷、玻璃、蓝宝石、氧化锆等硬、脆、难加工材料的复合加工，特别是近年来，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；在旋转切削机床上如何方便、快捷、可靠的应用超声波技术成为行业研究和探索的方向。而主轴作为旋转切削机床的核心部件，主轴通过刀柄与刀具连接，超声波是由超声波发生器产生的高频振动，超声波发生器一般固定在机床的床身或者主轴的静止部分，而刀具是高速旋转的部件，把这种超声波振动传递到旋转切削机床的刀柄上实现复合加工，需要设计一种超声传能系统，把位于静止部件上的超声能量传递到旋转主轴的刀柄上，这就需要对主轴进行特别设计。
技术实现要素：
本专利的目的就是设计一种旋转切削机床超声主轴，把超声波发生器产生的超声波传递到旋转切削机床的主轴和刀柄上，实现在旋转切削机床上进行超声波切削加工，对于加工中心可以实现自动换刀。
旋转切削机床超声主轴，其特征是：在主轴外套上封装有超声发射模块，超声发射模块通过设置在主轴外套内的导线与超声波发生器电连接，在主轴上封装有超声接收模块，超声发射模块与超声接收模块相对布置且之间留有间隙，超声接收模块随主轴旋转的同时以无线的方式接收超声发射模块发送的超声信号；在主轴的端面上设置有导电环和主轴端面绝缘环，导电环与主轴之间设置有绝缘层，导电环通过设置在主轴孔壁内的导线与超声接收模块电连接；在刀柄的外圆周的圆柱凸台与主轴端面相对的环形端面上设置有弹性电极和刀柄端面绝缘环，在弹性电极与刀柄之间设置有绝缘层，弹性电极通过设置在刀柄内部的导线与封装在刀柄内的超声换能器电连接；导电环的上端圆环穿过主轴端面绝缘环上贯通的环形槽后凸出于主轴端面绝缘环的端面；弹性电极的电触头穿过刀柄端面绝缘环上的电极过孔后凸出于刀柄端面绝缘环的端面；安装锥柄、超声换能器与刀柄设置为一体，安装锥柄和超声换能器分别布置在刀柄的两端，安装锥柄装入主轴孔后，弹性电极的电触头与导电环弹性接触；超声换能器的端部连接有弹簧卡头，超声换能器通过弹簧卡头与刀具刚性连接；
超声发射模块与超声接收模块在主轴的径向相对布置且之间留有间隙；
超声发射模块与超声接收模块沿主轴的轴向相对布置且之间留有间隙；
在刀柄的外圆周的圆柱凸台与主轴端面相对的端面上设置有电极孔，电极杆置于电极孔内并压持在压簧上，刀柄端面绝缘环压持在电极杆的限位台阶面上并通过螺钉固定在刀柄外圆周的圆柱凸台的环形端面上形成弹性电极；
所述弹性电极为两根，并联在超声换能器内部的电触点上；
所述超声发射模块和相对应的超声接收模块均为环形；
所述超声发射模块为环形，相对应的超声接收模块为块状；
所述超声发射模块为块状，相对应的超声接收模块为环形。
本专利的优点是：
1)超声主轴结构简单，安装方便，可以在不改变原有机床基本结构的基础上对现有机床的主轴进行改造；装夹刀具方便，可以在加工中心上实现超声波刀具的自动换刀；
2)由于在主轴上设置了超声波振动系统，使刀具在旋转切削的同时对工件产生高频振动冲击，实现复合加工，可以对玻璃、陶瓷、高温合金等硬脆难加工材料进行精细加工；
3)超声主轴可以作为旋转基本零部件，在机床出厂装配时作为基本配置，也可以作为选配零部件，在使用时再安装更换，从而使超声波技术在旋转切削机床上的得以广泛、充分的应用。
附图说明
图1是本专利第一个实施例主轴与刀柄连接结构示意图；
图2是超声波刀柄结构示意图；
图3是本专利第二个实施例主轴与刀柄连接结构示意图；
图4是本专利电路原理图。
图中：1-主轴，2-主轴外套，3-超声发射模块，4-超声接收模块，5-安装锥柄，6-刀具，7-超声换能器，8-压簧，9-电极杆，10-刀柄端面绝缘环，11-主轴端面绝缘环，12-导电环，13-超声波发生器，14-匹配电容，15-匹配电感。
具体实施方式
如图1所示在本专利第一个实施例结构图中，主轴1的外圆周上设置有主轴外套2，主轴外套2固定连接在机床床身上，主轴1为旋转件，在主轴外套2的圆周上封装有超声发射模块3，超声发射模块3是一组无线发射线圈，超声发射模块3与主轴外套2之间设置有陶瓷绝缘层；在主轴外套2内设置有导线通过孔，超声发射模块3通过布置在主轴外套2内导线通过孔内的导线与超声波发生器13电连接；在主轴1外圆周上封装有超声接收模块4，在超声接收模块4与主轴1之间设置有陶瓷绝缘层；超声发射模块3与超声接收模块4在主轴1的径向相对布置且之间留有间隙，超声接收模块4随主轴1旋转的同时以无线的方式接收超声发射模块3发送的超声信号，实现径向无线传能。在主轴1的端面上设置有导电环12和主轴端面绝缘环11，导电环12轴向带有限位台阶，导电环12置于主轴1端面上的环形槽中，主轴端面绝缘环11压持在导电环12上的限位台阶上并通过螺钉连接在主轴1的端面上，使用沉头螺钉，连接后在螺钉沉孔端嵌入绝缘帽，导电环12上端圆环穿过主轴端面绝缘环11上的轴向贯通的环形槽后略凸出于主轴端面绝缘环11的表面，导电环12与主轴1之间设置有绝缘层，在主轴1的孔壁内设置有导线通过孔，导电环12通过设置在主轴1孔壁内导线通过孔内布置的导线与超声接收模块4的电输出端电连接，为了安全可靠，使用两根导线把导电环12与超声接收模块4的电输出端连接起来，其中，两根导线的一端并接在导电环12上，两根导线的另一端并接在超声接收模块4的电输出端；如图1、图2所示，在刀柄外圆周的圆柱凸台与主轴1端面相对的环形端面上设置有弹性电极和刀柄端面绝缘环10，在刀柄外圆周的圆柱凸台与主轴1端面相对的环形端面上设置有电极孔，在电极孔的底部设置有压簧8，电极杆9为圆柱型结构，在电极杆9的上端设置有限位台阶，电极杆9置于电极孔内并压持在压簧8上，刀柄端面绝缘环10压持在电极杆9的限位台阶面上并通过螺钉固定在刀柄外圆周上的圆柱凸台与主轴端面相对的环形端面上形成弹性电极，弹性电极的电极杆9的电触头穿过刀柄端面绝缘环10上的电极过孔后凸出于刀柄端面绝缘环10的表面，在电极杆9和压簧8与刀柄之间设置有绝缘层；电极杆9通过设置在刀柄内部的导线与封装在刀柄内的超声换能器7电连接；安装锥柄5与超声换能器7与刀柄设置为一体，安装锥柄5和超声换能器7分别布置在刀柄的两端，超声换能器7的端部连接有弹簧卡头，超声换能器7通过弹簧卡头与刀具6刚性连接；刀柄的安装锥柄5装入主轴1安装孔后，弹性电极电极杆9的电触头与导电环12弹性接触。
如图3所示在本专利第二个实施例结构图中，除超声接收模块4与超声发射模块3之间的相对位置关系不同外，其余结构完全相同。在本专利的第二个实施例中，在主轴1的端部设置有台阶，超声接收模块4封装在主轴1端部台阶端面上，在主轴外套2的端部也相应的设置有台阶，超声发射模块3封装在主轴外套2的台阶端面上，超声发射模块3和超声接收模块4在主轴的轴向方向相对布置且之间留有间隙，主轴1旋转的同时，超声发射模块3和超声接收模块4以无线的方式传输超声信号，实现轴向无线传能。
如图4所示为本专利电路原理图，超声波发生器13产生的超声频电振荡信号，通过导线传输到超声发射模块3，超声发射模块3以无线的方式把超声频电振荡信号发射出去；超声接收模块4是由匹配电容14和匹配电感15构成的无线接收电路，通过电磁共振的方式来接收超声发射模块3发射的电磁波，把接收到的超声频电振荡信号传输到超声换能器7，超声换能器7的作用是将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动；超声接收模块4的匹配电容14、匹配电感15和超声换能器7接收超声发射模块3发射的电磁波，并经阻抗转变驱动超声换能器7产生谐振，从而转换电能实现主轴1高速旋转时的超声波振荡信号源与超声换能器7之间的电源传输问题。
超声机械振动传给刀具6，所以刀具6在对工件旋转切削同时还以高频振动对工件产生连续的高频冲击，实现复合加工。超声波发生器13产生20—50kHz的电磁波，通过超声发射模块3以无线的方式发射出去，超声接收模块4接收该电磁波，并将接收到的电磁波转换为1100V的交流电源与匹配电感15、匹配电容14连接，实现阻抗变换，驱动超声换能器7产生谐振，从而将电信号转变为每分钟20000—50000次的机械振动。
在本实施例的上述两个实施例中，超声发射模块3和超声接收模块4的形状均为环形线圈结构，超声发射模块3绝缘封装在主轴外套2内，超声接收模块4线圈绝缘封装在主轴1上；在实际应用中，超声发射模块3也可以是块状，此时超声接收模块4为环形，主轴1在旋转过程中超声发射模块3和超声接收模块4之间无线传能；或者是超声发射模块3为环形，此时超声接收模块4为块状，主轴1在旋转过程之中超声发射模块3和超声接收模块4之间无线传能。