专利名称：直螺纹与锥度复合定位的旋转超声主轴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超声主轴，更具体地说本实用新型涉及一种应用于超声磨 削复合加工的旋转超声主轴。
背景技术：
超声磨削加工技术是适合于加工硬脆材料的最具潜力的加工技术之一，且 硬脆材料的新种类越来越多，应用也越来越广泛。而旋转超声主轴是超声磨削 加工机床的关键部件之一，现有的超声机床一般都是在普通机床的主轴上附加 一个简易超声头，其具有装置庞大、精度差、转速低等缺陷，且此方式会导致 超声振动回传至床身，加工精度低，工件质量差。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提供一种紧凑型、高精度、高 刚度、直螺紋与锥度复合定位的超声主轴。 本实用新型的目的通过下述方案实现。
一种直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴，包括换能器、变幅杆和工具 头，换能器由后匹配块、压电晶片和前匹配块通过螺栓连接，且换能器、变幅 杆和工具头连接并通过轴承支撑于外套上，可实现高速旋转，其特殊之处在于
变幅杆与工具头之间通过直螺紋与锥度复合定位方式，该方式可使得压电晶片 产生的超声振动传递至工具头，同时避免纵向的振动回传至主轴轴承，并保证 机床的高刚度和良好的抗振性，且该方式可使得整个超声主轴结构紧凑、旋转 精度高。所述的工具头一端通过电镀、焊接等方式镀附一层耐磨、高硬度材料，如 镀附一层金刚石材料；工具头另一端为锥形与直螺紋复合型，且锥面的锥度可 调整，必须保证超声振动可高效传递至工具端部。
所述的变幅杆一端具有内锥面和内直螺紋，且与工具头的外锥面和外直螺 紋相吻合，保证工具头与变幅杆间的良好连接，声阻抗小。
所述的后匹配块、压电晶片和前匹配块三部分通过螺栓连接，螺栓与压电 晶片之间需绝缘，且须避免压电晶片承受转矩，以免对压电晶片产生破坏。
所述的旋转部分与外套间通过上下轴承支撑，以保证整个超声主轴的旋转 精度。
所述的旋转超声振子驱动电信号的加载通过耐磨电刷实现，电刷安装在外 套内侧并与压电晶片接触，其可保证超声主轴在高速旋转情况下驱动信号加载 的可靠性。
所述的整个超声主轴的转动通过驱动轴带动，驱动轴通过皮带、同步带、 弹性连轴器等与电机相连。
本实用新型的工作原理如下
换能器在高频超声信号的驱动下，将超声频振动通过变幅杆、工具头放大， 振幅达到0. 01~0. lmm,对工件产生高频强烈冲击，且超声主轴同时实现高 速旋转，对工件产生一种超声磨削复合加工工艺。超声磨削复合加工技术是在 磨削加工中引入超声振动，借助超声振动的作用去除工件上的被加工材料，超 声振动可以强化和改善磨削加工效果。其主要表现为不但保留了磨削加工的 特性，还可大幅度提高加工效率(加工速度达到普通磨削的3~5倍)，减小切 屑的变形量，降低切削力，排屑通畅；同时有效改善工件表面质量(工件表面 光洁度可达到RaW.2nim),力度和热负荷小，有利于保护工件和刀具(刀具损 耗降低到普通磨削的1/2)，降低加工成本，其非常适合于硬脆材料的加工。
本实用新型的有益效果是变幅杆与工具头之间通过直螺紋与锥度复合定位方式，使得压电晶片产生的超声振动传递至工具头，同时避免纵向的振动回传 至主轴轴承，并保证机床的高刚度和良好的抗振性，该方式可使得整个超声主 轴结构紧凑、旋转精度高。利用该旋转超声主轴进行超声磨削复合加工，其加
工效率可达到普通磨削的3~5倍，大大改善超声磨削加工性能，有利于保护工
件和刀具。
图l是本实用新型的具体实施方式
示意图。
图2是本实用新型的变幅杆与工具头间直螺紋与锥度复合定位第一种具体 实施方式示意图。
图3是本实用新型的变幅杆与工具头间直螺紋与锥度复合定位第二种具体 实施方式示意图。
图中1-工具头，2， 2'-定位锥度，3， 3'-直螺紋，4-轴承，5-压电晶 片，6-螺钉，7-后匹配块，8-驱动轴，9-上盖，10-轴承，11-螺栓，12-电刷， 13-外套，14-前匹配块，15-变幅杆。
具体实施方式
在图1所示的本实用新型的具体实施方式
中，该直螺紋与锥度复合定位的 旋转超声主轴，包括换能器、变幅杆15和工具头1，换能器由后匹配块7、压 电晶片5和前匹配块14三部分组成，并通过螺栓ll连接，后匹配块7后端连 接有驱动轴8，以上各部分组成一个旋转体，电机通过皮带、同步带或弹性连 轴器带动驱动轴8旋转，以使得整个旋转部分高速转动(3000-4000转/分钟)； 整个转动部分通过两个轴承4、 10固定在外套13上，整个主轴通过外套13被 夹持，实现轴向进给；上盖9通过螺钉6限定整个转动部分轴向位置；超声电 源的驱动信号通过电刷12加载至超声振子上；工具头1与变幅杆15间通过锥度2和直螺紋3连接，该连接方式可使得超声主轴结构紧凑，定位精度高；工 具头1一端是电镀或电焊等方法镀附的金刚石工具头。
在图2所示的本实用新型的变幅杆与工具头间直螺紋与锥度复合定位第一 种具体实施方式
示意图中，是定位锥度2在下，连接直螺紋3在上的布局方式， 且该定位锥度可以是部分接触，也可以是全部接触。
在图3所示的本实用新型的变幅杆与工具头间直螺紋与锥度复合定位第二 种具体实施方式
示意图中，是定位锥度2'在上，连接直螺紋3'在下的布局方 式，且该定位锥度同样可以是部分接触，也可以是全部接触。
本实用新型是直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴不局限于上述具体实 施方式。
权利要求1. 一种直螺纹与锥度复合定位的旋转超声主轴，包括换能器、变幅杆[15]和工具头[1]，其中换能器由后匹配块[7]、压电晶片[5]和前匹配块[14]通过螺栓[11]连接且通过轴承[4、10]与外套[13]连接，换能器的一端连接变幅杆[15]，换能器的后匹配块[7]连接驱动轴[8]；其特征在于工具头[1]与变幅杆[15]间通过锥度[2]和直螺纹[3]连接。
2. 根据权利要求l所述的直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴，其特征 在于上述工具头[1] 一端镀附一层金刚石材料；工具头[1]另 一端为锥形与直螺 紋复合结构。
3. 根据权利要求1所述的直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴，其特征 在于所述的变幅杆U5]—端连接前匹配块[14],另一端有内锥面和内直螺紋， 且与工具头[1]的外锥面和外直螺紋相吻合。
4. 根据权利要求1或2或3所述的直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴, 其特征在于上述工具头[1]与变幅杆[15]间直螺紋[3]连接在上，锥度[2]定位在 下；即直螺紋[3]在工具头[1]的顶端。
5. 根据权利要求1或2或3所述的直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴， 其特征在于上述工具头[1]与变幅杆[15]间直螺紋[3']连接在下，锥度U，] 定位在上；即锥度[2']在工具头[l]的顶端。
6. 根据权利要求l所述的直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴，其特征 在于电刷[12]安装在外套[13]内侧并与压电晶片[5]接触。
7. 根据权利要求l所述的直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴，其特征 在于上述驱动轴[8]通过皮带、同步带或弹性连轴器与电机相连。
8.根据权利要求l所述的直螺紋与锥度复合定位的旋转超声主轴，其特征 在于上述螺栓[11]与压电晶片[5]之间绝缘。
专利摘要本实用新型公开一种直螺纹与锥度复合定位的旋转超声主轴，包括换能器、变幅杆和工具头，且三部分连接并通过轴承支撑于外套上，可实现旋转，其特殊之处在于变幅杆与工具头之间通过直螺纹与锥度复合定位方式，该方式可使得压电晶片产生的超声振动传递至工具头，同时避免纵向的振动回传至主轴轴承，并保证机床的高刚度和良好的抗振性，该方式可使得整个超声主轴结构紧凑、旋转精度高；利用该旋转超声主轴进行超声磨削复合加工，其加工效率可达到普通磨削的3～5倍，大大改善超声磨削加工性能，有利于保护工件和刀具。
文档编号B24B1/04GK201227757SQ20082004589
公开日2009年4月29日 申请日期2008年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者刘晓宁, 唐勇军, 张永俊, 郭钟宁 申请人:广东工业大学