用于电主轴的超声波转子的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于电主轴的超声波转子，其包括磨头、变幅杆、换能器、动子和非接触电能传递装置，动子的一端设有装配腔，换能器设置在装配腔内，磨头通过变幅杆与该换能器相连接，非接触电能传递装置设置在动子的另一端；本实用新型的结构设计巧妙，合理地增加超声换能器与非接触式电传输装置，即使在动子高速旋转中也能将电能量有效地传递给换能器，实现了换能器的驱动，从而产生超声波能量，不仅使得超声振动能量有效地向磨头传递，有效提升加工效果且延长磨头使用寿命，而且避免了接触摩擦可能造成的发热现象，同时不限制加工电主轴转速的提高，工作稳定性好，使用寿命长，可以对蓝宝石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工。
【专利说明】用于电主轴的超声波转子
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及电主轴【技术领域】，特别涉及一种用于电主轴的超声波转子。
【背景技术】
[0002]当前一些特殊材料应用越来越广泛，比如玻璃、蓝宝石、碳化娃、复合材料等。这些材料由于机械特性很硬脆，导致采用传统的加工工艺无法满足这些材料的加工精度的要求。当前行业采用了超声能量辅助的方式，结合现有机床的高速旋转，用于这类硬脆材料的可加工性、加工精度、以及提高加工刀具的寿命。在超声辅助加工中，超声能是加工工艺最为关键的参数，其起到激发材料原子能，降低切削力等作用。换能器(Transducer)是超声加工中提供超声能量的核心执行机构，其工作原理为利用压电逆效应将频率电信号转换为高频超声振动，并将超声能传输到加工材料。换能器作为超声能量传递的载体，其工作性能直接影响加工材料的表面精度、加工效率、刀具寿命。为保证材料的加工精度与效率，需要精确控制换能器的超声能量传递与振动模式。
[0003]在机床主轴上增加超声波模块，如果换能器的振动特性不得到有效的控制，将会影响到机床的主轴，尤其会影响到主轴的轴承，将对主轴的旋转特性与寿命产生负面作用。
[0004]当转子在高速旋转过程，如何将电能量传递到超声换能器，也是一件很困难的问题。当前采用接触式的轴承方式，但存在很多问题，比如:转速低，容易损坏，寿命有限，存在安全隐患。因此，研发出一种新型的能量传递模式的超声波转子为当世之所需。
实用新型内容
[0005]针对上述不足，本实用新型的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，能在高速旋转过程中进行非接触式电能传输，且使得超声振动能量有效地向磨头传递，有效提升加工效果且延长磨头使用寿命的用于电主轴的超声波转子。
[0006]本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案为:一种用于电主轴的超声波转子，其包括磨头、变幅杆、换能器、动子和非接触电能传递装置，所述动子的一端设有与所述换能器的外形轮廓相适配的装配腔，所述换能器设置在该装配腔内，所述磨头通过变幅杆与该换能器相连接，所述非接触电能传递装置设置在所述动子的另一端。本实用新型能确保了在传统转子的基础上，增加超声波换能器，并采用电磁感应的原理，实现动子在高速旋转过程中将电能量有效地传递到超声换能器模块，使得超声振动能量有效地向磨头工具传递，有效提升硬脆材料的加工效果且刀具使用寿命。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，所述换能器对应所述装配腔的开口位置处径向凸起形成联接部，并在所述装配腔的开口内缘设有与该联接部相适配的凹位，所述联接部朝向所述磨头的一端面下部设有下凹槽，另一端面上部设有上凹槽，即整体横截面轮廓呈Z字形结构，能较好地与动子相结合，且结合效果好，有效地避免了超声能量的向外传递，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证电主轴的旋转性能，进一步保证了加工效果，具有良好的工作性能。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述非接触电能传递装置包括底座、主边线圈和副边线圈，所述底座上设有容线腔，所述主边线圈设置在该容线腔内，所述动子的另一端伸入该容线腔内，且该动子上设有与所述装配腔相连通的轴向通孔，所述副边线圈对应所述主边线圈的一侧位置固定在所述动子上，且该副边线圈的连接线穿过所述轴向通孔与所换能器相连接。本实用新型的非接触电能传递装置的主边线圈与副边线圈之间有间隙，即非接触性结构设计，主边线圈与驱动装置相连接，而副边线圈固定在动子上，且能随该动子转动而转动，通过电磁感应，即使在动子高速旋转中也能将电能量有效地传递给换能器，实现了换能器的驱动，从而产生超声波能量。当所述驱动装置发射电信号产生超声振动时，带动所述变幅杆工作，从而带动磨头工作，并产生高频率的机械超声波振动，实现加工的目的。然而在加工过程中，由于主边线圈与副边线圈没有直接接触，这就避免了接触摩擦可能造成的发热现象，并且不限制加工电主轴转速的提高；其次，主边线圈与副边线圈均是位于底座的容线腔内，没有导线裸露，这样就提升了超声加工的应用环境，可以不受外在环境的限制，不惧怕灰尘和水的影响；而且具有可拆卸方便、易维护等特点。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述换能器通过过盈配合、热压或者螺钉等方式固定设置在该装配腔内。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，所述磨头、变幅杆、换能器、动子和非接触电能传递装置均同心于基准轴心。能有效减少非轴向振动的影响，以确保作单一的轴向运动，不仅大大提高超声能量传递效率，保证加工质量，且能提升电主轴的旋转特性和延长其使用寿命O
[0011]作为本实用新型的进一步改进，本实用新型的用于电主轴的超声波转子总长度为204?205mm。所述换能器为η倍半波长的超声波换能器，其中η为正整数。所述换能器的长度为15?35mm。所述变幅杆的长度为10?30mm。所述动子的直径为3(T50mm。结构设计合理，配合效果好。
[0012]本实用新型的有益效果为:本实用新型的结构设计巧妙、紧凑、合理，只需要在传统转子的基础上，合理地增加超声换能器与非接触式电传输装置，即可实现在传统电主轴转子上增加超声波能量的功能，其中换能器设计为轴向模态或纵扭复合模态，巧妙在换能器上设有横截面轮廓呈Z字形的联接部，能较好地与动子相结合，且结合效果好，有效地避免了超声能量向外扩散，确保了超声能量有效传递到被加工材料，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证电主轴的旋转性能，进而保证加工效果，另外，本实用新型的整体结构简单、紧凑，工作稳定性好，使用寿命长，可以对蓝宝石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工，易于广泛推广使用。
[0013]下面结合附图与实施例，对本实用新型进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的立体结构示意图。
[0015]图2是本实用新型的正视结构示意图。
[0016]图3是本实用新型中非接触电能传递装置的结构示意图。
[0017]图4是本实用新型中换能器的结构示意图。
[0018]图5是图4的局部A的结构放大示意图。
【具体实施方式】
[0019]实施例:参见图1至图5，本实用新型提供一种用于电主轴的超声波转子，其包括磨头1、变幅杆2、换能器3、动子4和非接触电能传递装置5，所述动子4的一端设有与所述换能器3的外形轮廓相适配的装配腔41，本实施例中，所述换能器3通过过盈配合固定设置在装配腔41内，其它实施例中，该换能器3可以通过热压或者螺钉等方式固定设置在该装配腔41内。所述磨头I通过变幅杆2与该换能器3相连接，所述非接触电能传递装置5设置在所述动子4的另一端。所述换能器3通过过盈配合固定设置在装配腔41内。
[0020]具体的，参见图3，所述非接触电能传递装置5包括底座51、主边线圈52和副边线圈53，所述底座51上设有容线腔，所述主边线圈52设置在该容线腔内，所述动子4的另一端伸入该容线腔内，且该动子4上设有与所述装配腔41相连通的轴向通孔42，所述副边线圈53对应所述主边线圈52的一侧位置固定在所述动子4上，且该副边线圈53的连接线54穿过所述轴向通孔42与所换能器3相连接。本实用新型的非接触电能传递装置5的主边线圈52与副边线圈53之间有间隙，即非接触性结构设计，在加工过程中，所述主边线圈52与副边线圈53是没有直接接触，有效避免了接触摩擦可能造成的发热现象，并且不限制加工电主轴转速的提高；同时所述主边线圈52与副边线圈53都是位于底座51的容线腔内，不裸露在外，可以不受外在环境的限制，不惧怕灰尘和水的影响，使用安全可靠。
[0021]优选的，参见图2，所述磨头1、变幅杆2、换能器3、动子4和非接触电能传递装置5均同心于基准轴心。能有效减少非轴向振动的影响，以确保作单一的轴向运动，不仅大大提高超声能量传递效率，保证加工质量，且能提升电主轴的旋转特性和延长其使用寿命。本实用新型的用于电主轴的超声波转子总长度为204?205mm。所述换能器3为η倍半波长的超声波换能器，其中η为正整数。所述换能器的长度为15?35mm。所述变幅杆2的长度为10?30mm。所述动子4的直径为3(T50mm。结构设计合理,配合效果好。
[0022]较佳的，参见图4和图5，使所述换能器3对应所述装配腔41的开口位置处径向凸起形成联接部31，并在所述装配腔41的开口内缘设有与该联接部31相适配的凹位，所述联接部31朝向所述磨头I的一端面下部设有下凹槽311，另一端面上部设有上凹槽312，即整体横截面轮廓呈Z字形结构，能较好地与动子4相结合，且结合效果好，有效地避免了超声能量的向外传递，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证电主轴的旋转性能，进一步保证了加工效果，具有良好的工作性能。
[0023]工作时，由于主边线圈52与驱动装置相连接，而副边线圈53固定在动子4上，且能随该动子4转动而转动,通过电磁感应,即使在动子4高速旋转中也能将电能量有效地传递给换能器3，实现了换能器3的驱动，从而产生超声波能量。当所述驱动装置发射电信号产生超声振动时，带动所述变幅杆2工作，从而带动磨头I工作，并产生高频率的机械超声波振动，实现加工的目的。本实用新型的结构设计巧妙、紧凑、合理，只需要在传统转子的基础上，合理地增加换能器与非接触式电传输装置，实现动子4在高速旋转过程中将电能量有效地传递到超声换能器模块，使得超声振动能量有效地向磨头I工具传递，有效提升硬脆材料的加工效果且刀具使用寿命，其中换能器设计为轴向模态或纵扭复合模态，巧妙在换能器上设有横截面轮廓呈Z字形的联接部31，能较好地与动子4相结合，且结合效果好，有效地避免了超声能量向外扩散，确保了超声能量有效传递到被加工材料，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证电主轴的旋转性能，进而保证加工效果，工作稳定性好，使用寿命长，可以对蓝宝石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工。
[0024]根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的【具体实施方式】，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制，采用与其相同或相似的其它装置，均在本实用新型保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于电主轴的超声波转子，其特征在于:其包括磨头、变幅杆、换能器、动子和非接触电能传递装置，所述动子的一端设有与所述换能器的外形轮廓相适配的装配腔，所述换能器设置在该装配腔内，所述磨头通过变幅杆与该换能器相连接，所述非接触电能传递装置设置在所述动子的另一端。
2.根据权利要求1所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述换能器对应所述装配腔的开口位置处径向凸起形成联接部，并在所述装配腔的开口内缘设有与该联接部相适配的凹位，所述联接部朝向所述磨头的一端面下部设有下凹槽，另一端面上部设有上凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述非接触电能传递装置包括底座、主边线圈和副边线圈，所述底座上设有容线腔，所述主边线圈设置在该容线腔内，所述动子的另一端伸入该容线腔内，且该动子上设有与所述装配腔相连通的轴向通孔，所述副边线圈对应所述主边线圈的一侧位置固定在所述动子上，且该副边线圈的连接线穿过所述轴向通孔与所换能器相连接。
4.根据权利要求1所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述换能器通过过盈配合、热压或者螺钉固定设置在该装配腔内。
5.根据权利要求1所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述磨头、变幅杆、换能器、动子和非接触电能传递装置均同心于基准轴心。
6.根据权利要求1所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述换能器为η倍半波长的超声波换能器，其中η为正整数。
7.根据权利要求6所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述换能器的长度为 15 ?35mm0
8.根据权利要求7所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述变幅杆的长度为 10 ?30mm。
9.根据权利要求7或8所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，总长度为204?205mmo
10.根据权利要求9所述的用于电主轴的超声波转子，其特征在于，所述动子的直径为30?50mm。
【文档编号】B24B1/04GK203945253SQ201420292486
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】张增英 申请人:张增英