专利名称：一种微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及特种加工机床的主轴系统技术领域，特别涉及一种微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统。
背景技术：
随着科学技术的发展以及社会需求的驱动，现代制造技术逐步向微小化、精密化的方向发展，而特种加工方法则在精细化加工中具有原理上的优势。特种加工方法是利用各种物理能量进行加工，一般没有宏观的切削力作用，因此在微细零部件的加工中具有不可替代的优越性。 微细超声加工与微细旋转超声加工同属于超声加工，而超声加工是特种加工领域中的一种。超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。加工时，在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到O. 01 O. 15_，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。微细超声加工是在传统超声加工的基础上减小工具头尺寸和工具头端面的振幅实现的，由于微细超声加工所需的振幅很小，一般换能器前匹配块输出的振幅就能满足微细加工要求，所以微细超声加工振动系统中没有变幅杆对振幅进行放大。微细旋转超声加工是在微细超声加工的基础上对工具头施加旋转运动，以提高加工效率。微细超声加工与微细旋转超声加工一般都采用工件加振的方式进行加工，然而工件质量的变化对微细超声振动系统的要求较高，难以满足不同工件不同尺寸的加工。
实用新型内容本实用新型专利所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、性能优良、方便实用的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为一种微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，包括电机装置、主轴装置、进电装置、微细超声纵振系统与微细工具定位夹紧装置；所述电机装置包括伺服电机，所述主轴装置包括主轴，所述微细超声纵振系统包括压电陶瓷片；所述主轴的一端穿过进电装置与伺服电机连接，所述主轴的另一端与微细超声纵振系统连接，驱动微细工具定位夹紧装置的微细超声纵振系统与微细工具定位夹紧装置连接；所述进电装置与微细超声纵振系统的压电陶瓷片电连接。优选地，所述主轴的内部中空，其内依次设有穿线孔与用于安装微细超声纵振系统的第一锥形空腔。优选地，所述主轴装置还包括主轴支撑组件和主轴密封组件；所述主轴支撑组件包括主轴座、后端盖、后套圈、弹性挡圈、前段差套筒、前套圈、前端盖、第一角接触球轴承对、第二角接触球轴承对、前隔套、后隔套；所述主轴密封组件包括后密封环和前密封环；所述主轴通过第一角接触球轴承对、第二角接触球轴承对套设于主轴座内；所述第一角接触球轴承对之间用前套圈和前隔套隔开；所述第二角接触球轴承对左边轴承内圈和外圈分别用前段差套筒轴向定位于主轴座上，第一角接触球轴承对右边轴承内圈和外圈分别用前密封环和前端盖轴向定位于主轴座上，且所述前端盖用螺栓固定于主轴座端部；所述第二角接触球轴承对之间用后套圈和后隔套隔开，所述第一角接触球轴承对左边轴承内圈和外圈分别用后密封环和后端盖轴向定位于主轴座上，且所述后端盖用螺栓固定于主轴座内；所述第二角接触球轴承对右边轴承内圈和外圈分别用主轴第二轴肩和弹性挡圈轴向定位于主轴座上；所述主轴座上设有安装槽，所述弹性挡圈设于槽内。 优选地，所述主轴装置还包括主轴座夹持装置，所述主轴座夹持装置包括主轴座套,所述主轴座通过螺栓套设于主轴座套内。 优选地，所述进电装置包括滑环座、滑环外圈、滑环内圈；所述主轴上还设有进线孔，所述进线孔与穿线孔连通；所述滑环内圈通过主轴第一轴肩定位且用螺钉套设于主轴上；所述滑环外圈套设于滑环内圈上，且所述滑环外圈用螺栓固定于滑环座上；所述滑环座用螺栓固定于主轴座端部；所述电源线依次通过滑环外圈、滑环内圈、进线孔、穿线孔与压电陶瓷片电连接。优选地，所述微细超声纵振系统包括后匹配块、压电陶瓷片、前匹配块与锥形定位法兰；所述后匹配块、压电陶瓷片依次通过螺栓同时固定于前匹配块一端端面上，所述锥形定位法兰套设于前匹配块上且通过螺栓固定于主轴的主轴螺栓孔内；所述前匹配块另一端穿出第一锥形空腔；该端设有用于安装微细超声纵振系统的第二锥形空腔。优选地，所述微细工具定位夹紧装置包括锥形定位螺纹紧固夹头和微细工具头；所述锥形定位螺纹紧固夹头设于第二锥形空腔内，所述微细工具头设于锥形定位螺纹紧固夹头上且穿出于所述第二锥形空腔外。优选地，所述电机装置还包括L型横向支撑挡板、L型横向支撑挡板固定螺栓、纵向支撑挡板；所述伺服电机通过螺栓固定于L型横向支撑挡板上，所述L型横向支撑挡板通过螺栓固定于纵向支撑挡板上；另外，所述主轴座套通过螺栓固定于纵向支撑挡板上。优选地，所述电机装置还包括加强筋；所述加强筋通过加强筋紧固螺栓固定于L型横向支撑挡板和纵向支撑挡板上。以增强伺服电机支座装置的刚性。优选地，所述主轴通过联轴器与伺服电机连接。本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果I)本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统在加工时，微细工具定位夹紧装置的微细工具头在主轴11的作用下进行旋转运动；同时，该微细工具头在压电陶瓷片的作用下高频振动；该微细工具头的运动是二者运动的合成，有效的提高了加工硬脆材料的效率；2)本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的微细工具头安装在锥形定位螺纹紧固夹头内；这种设计方式不仅能保证回转精度，而且有利于超声振动在两接触实体间的传递，不至于在连接处由于超声振动而过热；3)本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的微细超声纵振系统的锥形定位法兰有利于该法兰安装在主轴端部的锥形孔内；通过拧紧螺栓，就可以保证微细超声纵振系与锥形孔的紧密配合，从而保证微细工具头的回转精度；4)本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的超声振动系统直接安装在主轴上，使传递结构更为紧凑，运动传动链部件减少，能够充分的保证主轴系统的回转精度。
图I为本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的主视图； 图2为本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的侧视图；图3为本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的主轴座剖视图；图4为本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的微细超声振动系统剖视图；图5为本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的微细工具头的俯视图；图6为本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的微细工具头的主视图；图7为本实用新型微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的主轴剖视图；图8为图7的A部放大图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但实用新型的实施方式不限于此。如图1、2、3、4、5、6、7与8所示，一种微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，包括电机装置、主轴装置、进电装置、微细超声纵振系统13与微细工具定位夹紧装置。电机装置包括伺服电机1，主轴装置包括主轴11，微细超声纵振系统13包括压电陶瓷片35。主轴11的一端穿过进电装置与伺服电机I连接，主轴11的另一端与微细超声纵振系统13连接，微细超声纵振系统13与微细工具定位夹紧装置连接。进电装置与微细超声纵振系统13的压电陶瓷片35电连接，进而驱动微细工具定位夹紧装置。在本实施例中，主轴11通过联轴器2与伺服电机I连接。加工时，微细工具定位夹紧装置的微细工具头14在主轴11的作用下进行旋转运动；同时，该微细工具头14在压电陶瓷片35的作用下高频振动；该微细工具头14的运动是二者运动的合成，有效的提高了加工硬脆材料的效率。该微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统的具体结构如下主轴11为三段式阶梯轴，其上设有第一轴肩111与第二轴肩112 ;所述主轴内部中空，其内依次设有穿线孔41与用于安装微细超声纵振系统的第一锥形空腔42。主轴装置还包括主轴支撑组件和主轴密封组件。主轴支撑组件包括主轴座8、后端盖23、后套圈24、弹性挡圈25、前段差套筒26、前套圈27、前端盖9、角接触球轴承对29、角接触球轴承对31、前隔套30、后隔套32。主轴密封组件包括后密封环22和前密封环28。主轴11通过角接触球轴承对29、角接触球轴承对31套设于主轴座内。角接触球轴承29对之间用前套圈27和前隔套30隔开；角接触球轴承对29左边轴承内圈和外圈分别用前段差套筒26轴向定位于主轴座8上，角接触球轴承对29右边轴承内圈和外圈分别用前密封环28和前端盖9轴向定位于主轴座8上，且前端盖9用螺栓10固定于主轴座8端部。角接触球轴承对31之间用后套圈24和后隔套32隔开。角接触球轴承对7 31左边轴承内圈和外圈分别用后密封环22和后端盖23轴向定位于主轴座8上，且后端盖23用螺栓固定于主轴座内。角接触球轴承对31右边轴承内圈和外圈分别用主轴第二轴肩和弹性挡圈25轴向定位于主轴座8上。主轴座上设有安装槽，弹性挡圈25设于该槽内。主轴装置还包括主轴座夹持装置，所述主轴座夹持装置包括主轴座套7，所述主轴座8通过螺栓5套设于主轴座套7内。进电装置包括滑环座4、滑环外圈20、滑环内圈21。主轴上还设有进线孔40，进线孔40与穿线孔41连通。滑环内圈21通过主轴第一轴肩111定位且用螺钉套设于主轴11上。滑环外圈20套设于滑环内圈21上，且滑环外圈20用螺栓固定于滑环座4上；所述滑环座4用螺栓3固定于主轴座8端部；所述电源线依次通过滑环外圈20、滑环内圈21、进线孔40、穿线孔41与压电陶瓷片35电连接。 微细超声纵振系统13包括后匹配块34、压电陶瓷片35、前匹配块36与锥形定位法兰37。后匹配块34、压电陶瓷片35依次通过螺栓33同时固定于前匹配块36 —端端面上。锥形定位法兰37套设于前匹配块36上且通过螺栓12固定于主轴11的主轴螺栓孔43内。前匹配块36另一端穿出第一锥形空腔42 ;该端设有用于安装微细超声纵振系统的第二锥形空腔。微细工具定位夹紧装置包括锥形定位螺纹紧固夹头39和微细工具头14。锥形定位螺纹紧固夹头39设于第二锥形空腔38内，微细工具头14设于锥形定位螺纹紧固夹头39上且穿出于第二锥形空腔38外。电机装置还包括L型横向支撑挡板16、L型横向支撑挡板固定螺栓17、纵向支撑挡板19。伺服电机I通过螺栓固定于L型横向支撑挡板16上，L型横向支撑挡板16通过螺栓17固定于纵向支撑挡板19上。另外，主轴座套7通过螺栓6固定于纵向支撑挡板19上。为进一步保证固定效果，电机装置还包括加强筋18。加强筋18通过加强筋紧固螺栓15固定于L型横向支撑挡板16和纵向支撑挡板19上。试验可知，在满足回转精度要求的前提下，采用工具头高频振动不失为一种可行的加工方式，而且超声振动系统对工件的安装没有任何影响，对硬脆工件的种类规格和尺寸没有任何要求。本实用新型是一种结构紧凑、性能优良、方便实用的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统。上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求1.一种微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于包括电机装置、主轴装置、进电装置、微细超声纵振系统(13)与微细工具定位夹紧装置；所述电机装置包括伺服电机(1)，所述主轴装置包括主轴(11)，所述微细超声纵振系统(13)包括压电陶瓷片(35);所述主轴(11)的一端穿过进电装置与伺服电机(I)连接，所述主轴(11)的另一端与微细超声纵振系统(13)连接，驱动微细工具定位夹紧装置的微细超声纵振系统(13)与微细工具定位夹紧装置连接；所述进电装置与微细超声纵振系统(13)的压电陶瓷片(35)电连接。
2.根据权利要求I所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述主轴(11)的内部中空，其内依次设有穿线孔(41)与用于安装微细超声纵振系统的第一锥形空腔(42)。
3.根据权利要求2所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述主轴装置还包括主轴支撑组件和主轴密封组件；所述主轴支撑组件包括主轴座(8)、后端盖(23)、后套圈(24)、弹性挡圈(25)、前段差套筒(26)、前套圈(27)、前端盖(9)、角接触球轴承对(29 )、角接触球轴承对(31)、前隔套(30)、后隔套(32);所述主轴密封组件包括后密封环(22)和前密封环(28);所述主轴(11)通过角接触球轴承对(29)、角接触球轴承对(31)套设于主轴座内；所述角接触球轴承(29 )对之间用前套圈(27 )和前隔套(30 )隔开；所述角接触球轴承对(29)左边轴承内圈和外圈分别用前段差套筒(26)轴向定位于主轴座(8 )上，角接触球轴承对(29 )右边轴承内圈和外圈分别用前密封环(28 )和前端盖(9 )轴向定位于主轴座(8)上，且所述前端盖(9)用螺栓(10)固定于主轴座(8)端部；所述角接触球轴承对(31)之间用后套圈(24)和后隔套(32 )隔开，所述角接触球轴承对(31)左边轴承内圈和外圈分别用后密封环(22)和后端盖(23)轴向定位于主轴座(8)上，且所述后端盖(23)用螺栓固定于主轴座内；所述角接触球轴承对7 (31)右边轴承内圈和外圈分别用主轴第二轴肩和弹性挡圈(25)轴向定位于主轴座(8)上；所述主轴座上设有安装槽，所述弹性挡圈(25)设于该槽内。
4.根据权利要求3所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述主轴装置还包括主轴座夹持装置，所述主轴座夹持装置包括主轴座套(7)，所述主轴座(8 )通过螺栓(5 )套设于主轴座套(7 )内。
5.根据权利要求2-4任一项所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述进电装置包括滑环座(4)、滑环外圈(20)、滑环内圈(21);所述主轴上还设有进线孔(40)，所述进线孔(40)与穿线孔(41)连通；所述滑环内圈(21)通过主轴第一轴肩(111)定位且用螺钉套设于主轴(11)上；所述滑环外圈(20)套设于滑环内圈(21)上，且所述滑环外圈(20)用螺栓固定于滑环座(4)上；所述滑环座(4)用螺栓(3)固定于主轴座(8)端部；所述电源线依次通过滑环外圈(20)、滑环内圈(21)、进线孔(40)、穿线孔(41)与压电陶瓷片(35)电连接。
6.根据权利要求5所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述微细超声纵振系统(13)包括后匹配块(34)、压电陶瓷片(35)、前匹配块(36)与锥形定位法兰(37);所述后匹配块(34)、压电陶瓷片(35)依次通过螺栓(33)同时固定于前匹配块(36 ) 一端端面上，所述锥形定位法兰(37 )套设于前匹配块(36 )上且通过螺栓(12 )固定于主轴(11)的主轴螺栓孔(43)内；所述前匹配块(36)另一端穿出第一锥形空腔(42)，该端设有用于安装微细超声纵振系统的第二锥形空腔(38)。
7.根据权利要求6所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述微细工具定位夹紧装置包括锥形定位螺纹紧固夹头(39)和微细工具头(14);所述锥形定位螺纹紧固夹头(39)设于第二锥形空腔(38)内，所述微细工具头(14)设于锥形定位螺纹紧固夹头(39)上且穿出于所述第二锥形空腔(38)外。
8.根据权利要求7所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述电机装置还包括L型横向支撑挡板(16)、L型横向支撑挡板固定螺栓(17)、纵向支撑挡板(19);所述伺服电机(I)通过螺栓固定于L型横向支撑挡板(16)上，所述L型横向支撑挡板(16)通过螺栓(17)固定于纵向支撑挡板(19)上；另外，所述主轴座套(7)通过螺栓(6)固定于纵向支撑挡板(19)上。
9.根据权利要求8所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述电机装置还包括加强筋(18);所述加强筋(18)通过加强筋紧固螺栓(15)固定于L型横向支撑挡板(16)和纵向支撑挡板(19)上。
10.根据权利要求9所述的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其特征在于所述主轴(11)通过联轴器(2)与伺服电机(I)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统，其包括电机装置、主轴装置、进电装置、微细超声纵振系统与微细工具定位夹紧装置。电机装置包括伺服电机，主轴装置包括主轴，微细超声纵振系统包括压电陶瓷片；主轴的一端穿过进电装置与伺服电机连接，主轴的另一端与微细超声纵振系统连接，微细超声纵振系统与微细工具定位夹紧装置连接；进电装置与微细超声纵振系统的压电陶瓷片电连接，进而驱动微细工具定位夹紧装置。本实用新型是一种结构紧凑、性能优良、方便实用的微细超声与微细旋转超声加工机床的主轴系统。
文档编号B24B41/04GK202556162SQ20122024603
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者连海山, 郭钟宁, 郭帅, 罗红平, 张伟 申请人:广东工业大学