超声波主轴及超声波加工装置的制作方法

1.本实用新型涉及超声波加工技术领域，尤其涉及一种超声波主轴及超声波加工装置。


背景技术：

2.超声波主轴在加工作业的过程中导入高频的振动加工机制，不仅可改善切削加工面的表面粗糙度和提高加工精度，更可降低切削阻力，增加刀具的寿命。
3.目前市面上一般通过将无线传输发射装置安装于主轴外，同时将无线传输接收装置安装于超声刀柄外，由于使用一段时间后或加工过程中遇到意外碰撞，无线传输发射装置和无线传输接收装置的相对位置可能发生偏离，导致两者的超声电能传输不稳定。因此，将无线传输装置与无线接收装置集成在主轴内的方式应运而生，请参照图1，超声电能发射单元18 和超声电能接收单元17安装于主轴的后端，超声电能发射单元18和超声电能接收单元17相对且相隔设置，从而有利于超声电能发射单元18和超声电能接收单元17之间的信号传输。
4.虽然将超声电能发射单元18和超声电能接收单元17集成在主轴内保证了两者之间信号传输的稳定性，但是超声电能接收单元17的电流需要经超声电源导线15进入安装于主轴前端的压电陶瓷片组16(作为超声振动元件)以使压电陶瓷片组16得电工作，需要在主轴的芯轴内开设用于穿设超声电源导线15的过线孔，在高速旋转过程中，过长的超声电源导线15 甩动幅度过大会导致主轴动平衡较差以及导线接口处受到主轴高速旋转的离心力作用而导致接口脱离，造成超声电能接收单元17与压电陶瓷片组16 之间的电性导通不稳定，影响后续的超声加工效果。


技术实现要素：

5.本技术的目的旨在提供一种超声波主轴及超声波加工装置，其结构创新，避免在主轴的芯轴内开设用于穿设长导线的过线孔，进而避免了高速旋转过程中，过长导线甩动幅度过大而导致主轴动平衡较差以及导线接口处受到主轴高速旋转的离心力作用而导致接口脱离影响导电稳定性。
6.为了实现上述目的，本技术提供了以下技术方案：
7.本技术提供一种超声波主轴，包括：主轴壳体、旋转轴组件、无线发射组件、发射架、发振座、无线接收组件、超声振动元件以及导线；所述旋转轴组件穿设于所述主轴壳体内，所述发振座安装于所述旋转轴组件上，所述无线发射组件安装在所述发射架上，所述发射架直接或间接安装在所述主轴壳体上，所述发振座外部套装有所述无线接收组件，所述发振座内套装有所述超声振动元件，所述发振座还设置有通槽，导线穿越所述通槽，导线的一端连接所述无线接收组件，导线的另一端连接所述超声振动元件。
8.进一步的，所述主轴壳体的前端设置有前端盖，所述发射架包括发射架本体和发射架挡环，所述发射架本体的后端面与所述前端盖的前端面相贴合，所述发射架挡环设于
所述发射架本体的前端并与所述发射架本体之间形成环绕所述旋转轴组件设置的第一容纳槽，所述无线发射组件设于所述第一容纳槽内，所述无线发射组件包括环绕所述旋转轴组件设置的发射线圈和用于容置所述发射线圈的发射铁氧体。
9.进一步的，所述发振座安装于所述旋转轴组件的前端并环绕所述旋转轴组件设置，所述发振座具有凸缘部，所述发振座的外侧面与所述凸缘部之间形成环绕所述旋转轴组件设置的第二容纳槽，所述发振座的内侧面与所述旋转轴组件之间形成环绕所述旋转轴组件设置的第三容纳槽，所述无线接收组件设于所述第二容纳槽内，所述无线接收组件包括环绕所述旋转轴组件设置的接收线圈、用于容置所述接收线圈的接收铁氧体和接收挡环，所述接收挡环设于所述发振座的后端；所述超声振动元件设于所述第三容纳槽内。
10.进一步的，所述发射架挡环与所述发射铁氧体之间的间隙填充有密封物质，所述发射铁氧体与所述发射线圈之间的间隙填充有密封物质。
11.进一步的，所述接收挡环与所述接收铁氧体之间的间隙填充有密封物质，所述接收铁氧体与所述接收线圈之间的间隙填充有密封物质。
12.进一步的，所述无线接收组件和所述无线发射组件内外设置。
13.进一步的，所述无线接收组件和所述无线发射组件上下设置。
14.进一步的，所述发射架具有与所述第一容纳槽相连通的孔道，以供连接于所述发射线圈的电源线穿过。
15.进一步的，所述发振座与所述旋转轴组件刚性连接；所述发射架与所述前端盖通过螺栓连接。
16.本技术还提供一种超声波加工装置，包括：刀柄和上述的超声波主轴，所述主轴壳体的芯轴的前端设有安装腔，所述刀柄安装于所述安装腔内。
17.相比现有技术，本技术的方案具有以下优点：
18.本技术通过设置安装于主轴壳体上的发射架和安装于旋转轴组件上的发振座，发射架安装有无线发射组件，发振座外部套装有无线接收组件且发振座内套装有超声振动元件，无线接收组件接收无线发射组件的超声波电能并发送到超声振动元件，从而实现超声振动，其中，无线接收组件和超声振动元件集成于一体都安装于发振座上，发振座上开设有通槽，导线穿越该通槽，导线的一端连接接收线圈，导线的另一端连接超声振动元件，上述结构创新并且现有技术中并无类似设置，如此，导线相对长度较短能够保证主轴的动平衡性能，避免了现有技术中的在主轴后端设置无线传输装置(见图1，超声电源导线15从主轴后端沿着芯轴的中心过线孔一直延伸到主轴前端并与压电陶瓷片组16连接)，进而避免在主轴的芯轴内开设用于穿设长导线的过线孔，进而避免了高速旋转过程中，过长导线甩动幅度过大而导致主轴动平衡较差以及导线接口处受到主轴高速旋转的离心力作用而导致接口脱离影响导电稳定性。本技术超声波加工装置的刀库无需定制，可匹配普通刀柄实现超声振动，增强适配性；超声波振动元件设置在发振座上，发振座安装在芯轴前端，即超声波振动元件安装在主轴上，如此，无需采用现有技术中的内置超声波振动元件的超声波刀柄，降低了使用成本；在刀柄不发振时，只需要对超声波主轴进行检修和维护，无需对刀柄进行排查，检修和维护更为方便。
19.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
20.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为现有技术的超声波主轴的结构示意图；
22.图2为本技术实施例提供的超声波主轴的结构示意图；
23.图3为图1中a-a’方向的剖面示意图，主要示出了内外设置的无线接收组件和无线发射组件；
24.图4为图2中a区的放大图；
25.图5-1，5-2为本技术实施例提供的超声波主轴的局部结构示意图，主要示出了无线发射组件、无线接收组件和超声振动元件的设置结构；
26.图6为图1中b-b’方向的剖面示意图；
27.图7为图1中a-a’方向的剖面示意图，主要示出了上下设置的无线接收组件和无线发射组件；
28.图8为图7中b区的放大图；
29.图9-1，9-2为本技术实施例提供的超声波主轴的局部结构示意图，主要示出了无线发射组件、无线接收组件和超声振动元件的另一设置结构；
30.附图标记：
31.图1：15、超声电源导线；16、压电陶瓷片组；17、超声电能接收单元；18、超声电能发射单元；
32.图2-图9-2：1、主轴壳体；10、壳体本体；20、前轴承座；30、前端盖；301、前轴承座螺母；302、第二孔道；40、发射架；401、发射架本体；402、发射架挡环；403、第一孔道；50、发振座；501、超声振动元件锁紧螺母；502、通槽；503、凸缘部；60、无线发射组件；601、发射线圈；602、发射铁氧体；70、无线接收组件；701、接收线圈；702、接收铁氧体；703、接收挡环；80、超声振动元件；801、第一电极片；802、第一压电陶瓷片；803、第二电极片；804、第二压电陶瓷片；901、拉杆； 902、芯轴；903、轴承；904、安装腔；2、刀柄。
具体实施方式
33.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
34.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。应当理解的是，本技术中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
35.另外，需要说明的是，本技术的描述中，术语“前端”和“后端”指的是，切削刀具在使用过程时，靠近于加工工件的一端为“前端”，背离加工工件的一端为“后端”。
36.如图1至图9-2所示，本技术提供的一种超声波主轴，包括主轴壳体 1、旋转轴组件、无线发射组件60、发射架40、发振座50、无线接收组件70和超声振动元件80；旋转轴组件穿设于主轴壳体1内，发振座50 安装于旋转轴组件上，无线发射组件70安装在发射架40上，发射架40 直接或间接安装在主轴壳体1上，发振座50的外部套装有无线接收组件 70，发振座50内套装有超声振动元件80，发振座50还设置有通槽502，导线穿越通槽502，导线的一端连接无线接收组件70，导线的另一端连接超声振动元件80。
37.具体的，本技术实施例中通过设置安装于主轴壳体1上的发射架40 和安装于旋转轴组件上的发振座50，发射架40安装有无线发射组件60，发振座50外部套装有无线接收组件70且发振座50内套装有超声振动元件80，无线接收组件70接收无线发射组件60的超声波电能并发送到超声振动元件80，从而实现超声振动，其中，无线接收组件70和超声振动元件80集成于一体都安装于发振座50上，发振座50上开设有通槽502，导线穿越该通槽502，导线一端连接接收线圈701，导线另一端连接超声振动元件80，如此，导线相对长度较短能够保证主轴的动平衡性能，避免了现有技术中的在主轴后端设置无线传输装置(见图1，超声电源导线15 从主轴后端沿着芯轴的中心过线孔一直延伸到主轴前端并与压电陶瓷片组 16连接)，进而避免在主轴的芯轴内开设用于穿设长导线的过线孔，进而避免了高速旋转过程中，过长导线甩动幅度过大而导致主轴动平衡较差以及导线接口处受到主轴高速旋转的离心力作用而导致接口脱离影响导电稳定性。同时本技术超声波加工装置的刀库无需定制，可匹配普通刀柄实现超声振动，增强适配性；超声波振动元件设置在发振座上，发振座安装在芯轴前端，即超声波振动元件安装在主轴上，如此，无需采用现有技术中的内置超声波振动元件的超声波刀柄，降低了使用成本；超声刀柄一般需要重新设计尺寸，属于非标零件，本技术的超声波加工装置配套使用的是普通标准刀柄，产品标准一致性较好；此外，在刀柄不发振时，只需要对超声波主轴进行检修和维护，无需对刀柄进行排查，检修和维护更为方便。
38.在其中一些实施例中，主轴壳体1的前端设置有前端盖30，发射架 40包括发射架本体401和发射架挡环402，发射架本体401的后端面与前端盖30的前端面相贴合，以提高超声波主轴的密封性能，发射架挡环402 设于发射架本体401的前端并与发射架本体401之间形成环绕旋转轴组件设置的第一容纳槽，无线发射组件60设于第一容纳槽内，无线发射组件 60包括环绕旋转轴组件设置的发射线圈601和用于容置发射线圈601的发射铁氧体602；如此，将无线发射组件60安装于主轴上，以接收超声波发生器的超声波电能。
39.需要说明的是，本技术实施例的附图示出的发射架40的安装方式均为间接安装的方式，即设置前端盖30，发射架本体401的后端面与前端盖30的前端面贴合安装，实现将发射架40间接安装在主轴壳体1上；而将发射架40直接安装在主轴壳体1上(附图未示出)，即直接将发射架本体401的后端面与主轴壳体1的前端面进行贴合安装。
40.在其中一些实施例中，发振座50安装于旋转轴组件的前端并环绕旋转轴组件设置，发振座50具有凸缘部503，发振座50的外侧面与凸缘部 503之间形成环绕旋转轴组件设置的第二容纳槽，以将无线接收组件70 设于第二容纳槽内，无线接收组件70包括环绕旋转轴组件设置的接收线圈701、用于容置接收线圈701的接收铁氧体702和接收挡环703，接收挡环703设于发振座50的后端；发振座50的内侧面与旋转轴组件之间形成第三容纳槽，超声振动元件80设于第三容纳槽内；如此，将无线接收组件70和超声振动元件80一体安装于发
振座50上且发振座50又安装于芯轴902上，故只要将普通刀柄安装到超声波主轴上，而无需采用现有技术中的内置超声波振动元件的超声波刀柄，降低了使用成本。
41.其中，通过设置直接安装于前端盖30的前端面的发射架40和安装于旋转轴组件的前端的发振座50，发射架40设有容纳无线发射组件60的第一容纳槽，发振座50设有容纳无线接收组件70的第二容纳槽和容纳超声振动元件80的第三容纳槽，且无线发射组件60和无线接收组件70相对设置，无线接收组件70将无线发射组件60的超声波电能通过导线发送到超声振动元件80，实现超声振动。
42.在其中一些实施例中，发射铁氧体602与发射线圈601之间的间隙填充有密封粘接物，从而发射线圈601可以固定于发射铁氧体602内；发射架挡环402与发射铁氧体602之间的间隙填充有密封粘接物，发射架挡环 402用于保护发射铁氧体602，同时为发射铁氧体602与发射线圈601之间的填充密封粘接物起到阻挡作用，防止密封粘接物热态灌装时流出到其他部件。密封粘接物热态为可流动，常温为固态且具有粘接性。
43.在其中一些实施例中，接收铁氧体702与接收线圈701之间的间隙填充有密封粘接物，使得接收线圈701可以固定在接收铁氧体702内；同时，接收挡环703与接收铁氧体702之间的间隙填充有密封粘接物，接收挡环 703用于保护接收铁氧体702，同时为接收铁氧体702与接收线圈701之间的填充密封粘接物起到阻挡作用，防止密封粘接物流出到其他部件。可选的，填充的密封粘接物可以为密封胶或绝缘材料，以起到支撑密封的作用。
44.在其中一些实施例中，请参照图3、图4和图5-2，无线接收组件70 和无线发射组件60内外相对设置，具体的，无线接收组件70为内环，无线发射组件60为外环，以使无线接收组件70可以方便快捷地接收无线发射组件60的超声波电能。
45.在其中一些实施例中，请参照图7、图8和图9-2，无线接收组件70 和无线发射组件60上下相对设置，具体的，无线接收组件70为上环，无线发射组件60为下环，以使无线接收组件70可以方便快捷地接收无线发射组件60的超声波电能。
46.在其中一些实施例中，发射架40具有与第一容纳槽相连通的第一孔道403，主轴壳体1内设有与第一孔道403连通并延伸至主轴壳体1的后端的第二孔道302，以供连接于发射线圈601的导线穿过，从而发射线圈 601通过导线接收超声主轴外部的超声波发生器的超声波电能并将超声波电能发送到接收线圈701；发振座50设有通槽502，导线穿过通槽502，导线一端连接接收线圈701，导线另一端连接超声振动元件80，从而接收线圈701将接收到的超声波电能通过电线发送到超声振动元件80，无线接收组件70与超声振动元件80之间的电性导通更加稳定可靠，实现超声振动并保证良好的超声加工效果。
47.在其中一些实施例中，请参照图3和图7，发振座50与芯轴902刚性连接，可选的，发振座50与芯轴902过盈连接、焊接或螺纹连接；以提高超声波主轴的密封性能；发射架40与前端盖30通过螺栓连接，具体的，发射架40的后端面与前端盖30的前端面贴合后通过螺栓进行连接，使得发射架40与前端盖30的连接稳固。
48.在其中一些实施例中，请参照图3、图5-1、图7和图9-1，超声波主轴还包括超声振动元件锁紧螺母501，通过超声振动元件锁紧螺母501 实现超声振动元件80与发振座50的连接，从而超声振动元件80固定在第三容纳槽内；其中，请参照图请参照图4和图8，超声振动元件80包括依次叠设的第一电极片801、第一压电陶瓷片802、第二电极片803和第二压电陶瓷片804，第一电极片801的一端面与超声振动元件锁紧螺母 501贴合，第二压电陶瓷片
804的一端面与发振座50贴合，实现对超声振动元件80的固定。需要说明的是，超声振动元件80的电极片和压电陶瓷片的数量可以根据具体需求进行设置，本技术实施例对此不作具体限定。
49.在其中一些实施例中，请参照图3和图7，旋转轴组件包括拉杆901 以及套设于拉杆901外部的芯轴902，发振座50安装于芯轴902的前端并环绕芯轴902设置；超声波主轴还包括轴承903，其设于芯轴902的外侧与主轴壳体1的内侧之间，以使得旋转轴组件可相对于主轴壳体1发生转动。
50.可选的，在本实施例中，请参照图3和图7，主轴壳体1包括壳体本体10以及安装于壳体本体10前端的前轴承座20，轴承903安装于前轴承座20的内侧与芯轴902的外侧之间；前端盖30的后端面与前轴承座 20的前端面相贴合，增强密封性，通过前轴承座螺母301实现对轴承903 的固定。当然，主轴壳体1也可以不包括前轴承座20，因为另外的实施例中，前轴承座20设置于主轴壳体1内部，壳体本体10直接和前端盖 30连接。
51.本技术实施例还提供了一种超声波加工装置，包括本技术任一实施例的超声波主轴以及刀柄2，主轴壳体1内的芯轴902的前端设有安装腔 904，刀柄2安装于安装腔904内。
52.具体的，通过主轴壳体1内的发射线圈601接收超声波发生器的超声波电能，接收线圈701接收发射线圈601的超声波电能并将超声波电能发送到超声振动元件80，从而超声振动元件80实现超声振动并带动发振座 50振动，因发振座50与旋转轴组件过盈连接，从而旋转轴组件振动带动刀柄2实现超声振动；其中，超声波加工装置的刀库无需定制，可匹配普通刀柄实现超声振动，增强适配性。
53.以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。