专利名称：一种压电式超声旋转主轴装置的制作方法
技术领域：
本发明属于材料加工技术领域，主要涉及一种用于铣床上的压电式超声旋 转主轴装置。
背景技术：
现在对于强应力零件的需求一直在增长，在医学技术、光学工业、汽车工业 等其他许多行业显得更为重要。这些强应力零件大都使用具有重量轻、抗腐蚀、 耐高温和耐磨损等卓越性能的硬脆新型材料，而对于硬脆新型材料使用传统金 属切削加工，如用钻石刀具在磨床上加工，对刀具的磨损十分严重，即需要相 应的专用机床，而且加工费用非常大。对硬脆材料采用超声加工是一种较理想 加工方法。该方法比传统的加工方法具有加工精度和表面光洁度高的优点，而 且不受工件材料的电、化学特性限制，不需要工件导电，也不像激光、电火花 等特种加工一样给工件带来热损伤和残余应力。目前，在超声波数控铣床切削
中，主轴是其主要的部件，现有很多方案，如中国专利号为200680024192. 3与 200810199000的主轴设计方案中，超声发射器与超声接收器之间通过感应方式 传输超声驱动信号，主轴由电机直接驱动。电机提供的扭矩有限，采用电机直 接驱动主轴，对电机性能提出更高的要求，也使得这种主轴不适于加工尺寸相 对较大的工件，从而使得该产品不能得到广泛应用。在专利200810199000中， 由于振动的变幅杆、换能器直接与轴承装配，同样会造成能量损失，而且会对 轴承产生不良的影响，加速轴承的报废，从而影响机床的精度。
如中国专利号为200680024192.3与200810199000的主轴设计方案中，采 用感应线圈传递超声波信号。这种传递方式中衔铁的设计问题不能得到很好的 解决，使得能量在传递过程中损失很大，而且不稳定。因此，只能满足一些小 型零件的加工，对于尺寸相对较大的则不能适用。
现有数控铣床旋转超声主轴装置主要存在的不足是结构复杂、维修装配困 难、加工成本高、超声能量传递效率较低、设备加工效率较低，因而，在实际 生产中并没有得到广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是克服以上所述现有技术的不足，提供和设计一种结构紧凑 简单，易于装配和维修，超声能量传递效率高，可加工较大尺寸的零件，工作 安全可靠，并且具有良好经济性的用于铣床上的压电式超声旋转主轴装置。
为了实现上述目的本发明的技术方案是
一种压电式超声旋转主轴装置，具有主轴、轴套、变幅杆、换能器与集流 装置，所述的集流装置装在外轴的尾部，换能器分别有两根导线与集流装置的 集流环相连；其特征在于
*所述的主轴为内、外复合轴，外轴为中空轴，在外轴上装有支承轴承， 支承轴承由前、后轴承法兰压紧固定在外轴与所述的轴套之间；各轴承 间设有定位隔套与套筒； *所述的内轴即为所述的变幅杆与换能器，用螺柱将变幅杆与换能器连接
成一体，并安装在外轴的内部； *所述的变幅杆设有凸缘部，由法兰与螺钉将凸缘部连接在外轴端头；变
幅杆只有变幅杆波节处的凸缘与外轴相接； *在所述的外轴中部还装有一个驱动齿轮，并由驱动齿轮传递旋转动力。 外部提供的超声波发生器产生的高频振动信号，通过旋转运动的集流装置 传递给换能器，换能器的压电晶片产生的轴向超声振动，经变幅杆放大后并作 用到工具头。由于所述内轴与外轴间没有支承，并做同步旋转运动，因而外轴 和轴承都没有振动，使整个主轴运动较为平稳。
本发明与现有技术相比较，具有的突出的实质性特点和显著的有益效果是:
1、 因集流环半径较小，与电刷的相对运动速度减小，保证电刷的耐磨性， 无需在中空的主轴上设计感应线圈的衔铁，并能够从数控主轴的尾部通过集流 装置收集到稳定的高频电信号。
2、 主轴由内外轴组成，充分利用外轴内部空间，结构紧凑。轴承与无振动 的外轴装配，并由齿轮驱动，提供足够的扭矩。
43、内外轴只有在变幅杆波节处的凸缘相联接，可以保证主轴运行平稳与机 床的加工精度，与现有技术相比可延长主轴的使用寿命。
本发明安装在数控铣床上，并使用所配合金刚石刀具，可对硬脆材料进行 高效和高精度切削加工，可在实际生产中得到广泛的应用。
图l为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明做详细说明。
图1所示，本发明一种压电式超声旋转主轴装置。它具有主轴、轴套19、 变幅杆l、换能器2与集流装置3;所述的主轴为内、外复合轴，外轴4为中空 轴，在外轴上装有支承轴承5，支承轴承由前、后轴承法兰6压紧固定在外轴与
所述的轴套19之间；各轴承间设有定位隔套与套筒7;所述的内轴即为所述的
变幅杆与换能器，用螺柱8将变幅杆与换能器连接成一体，并安装在外轴的内 部；所述的变幅杆设有凸缘部9，由法兰与螺钉将凸缘部连接在外轴端头；变幅 杆只有变幅杆波节处的凸缘与外轴相接；在所述的外轴中部还装有一个驱动齿 轮10，并由驱动齿轮传递旋转动力；所述的集流装置装在外轴的尾部，换能器
分别有两根导线与集流装置的集流环相连。
所述的集流装置包括两个集流环11、弹簧12、电刷座13、电刷14、绝缘
环15、绝缘套16、螺旋压盖17与保护罩18;其中
所述的绝缘套装于外轴的尾部并紧密联接，两个集流环又套装在绝缘套上，
并由绝缘环将两个集流环分隔开，以免相互碰撞导电；由螺旋压盖与外轴以螺 纹连接，通过旋转螺旋压盖把集流环、绝缘环和绝缘套压紧，并保证集流装置 一体化与外轴做同步旋转；电刷座装在保护罩上，电刷在电刷座中并伸向保护 罩内部，由弹簧紧紧压向旋转的集流环，换能器分别有两根导线与集流环相连， 可以把外部提供的超声波发生器所产生的高频振动信号传递给旋转运动的集流 环，然后传到换能器，并由换能器的压电晶片产生的轴向超声振动，经变幅杆
5放大并传递到工具头，用以实现超声切削。
本发明一种压电式超声旋转主轴装置安装在数控铣床上，比普通数控主轴 直径较大，但是，使用与其它数控主轴没有任何区别。在数控铣床上金属铣削
加工中，使用的刀具在头上镶有工业钻石，刀具以20kHz的频率，以每秒20000 次撞击工件，在很小的接触力和较大的进给量的条件下可以切削加工硬脆工件。 同时，刀具可在2000 3000r/min之间旋转，使工件达到圆滑的效果，同时也 把多余的材料颗粒从工件上清除掉。
权利要求
1、一种压电式超声旋转主轴装置，具有主轴、轴套(19)、变幅杆(1)、换能器(2)与集流装置(3)，所述的集流装置(3)装在外轴的尾部，换能器分别有两根导线与集流装置的集流环相连；其特征在于●所述的主轴为内、外复合轴，外轴(4)为中空轴，在外轴上装有支承轴承(5)，支承轴承由前、后轴承法兰(6)压紧固定在外轴与所述的轴套(19)之间；各轴承间设有定位隔套与套筒(7)；●所述的内轴即为所述的变幅杆(1)与换能器(2)，用螺柱(8)将变幅杆与换能器连接成一体，并安装在外轴的内部；●所述的变幅杆设有凸缘部(9)，由法兰与螺钉将凸缘部连接在外轴端头；变幅杆只有变幅杆波节处的凸缘与外轴相接；●在所述的外轴中部还装有一个驱动齿轮(10)，并由驱动齿轮传递旋转动力。
全文摘要
本发明涉及到一种压电式超声旋转主轴装置，具有主轴、轴套、变幅杆、换能器与集流装置，主要特点是主轴为内、外复合轴，外轴为中空轴，在外轴上装有支承轴承，支承轴承由前、后轴承法兰压紧固定在外轴与所述的轴套之间；各轴承间设有定位隔套与套筒；变幅杆设有凸缘部，由法兰与螺钉将凸缘部连接在外轴端头；变幅杆只有变幅杆波节处的凸缘与外轴相接；在外轴中部装有一个驱动齿轮，由驱动齿轮传递旋转动力。外部提供的超声波发生器产生的高频振动信号，通过旋转运动的集流装置传递给换能器，换能器的压电晶片产生的轴向超声振动，经变幅杆放大后并作用到工具头。结构紧凑简单，易于装配和维修，超声能量传递效率高，可加工较大尺寸的零件。
文档编号H02K55/00GK101540540SQ20091007426
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者孙旭东, 全 成, 王建青, 祝锡晶, 邵云鹏 申请人:中北大学