專利名稱：一種直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲主軸，更具體地說本發明涉及一種應用于超聲磨削復合加 工的旋轉超聲主軸。
背景技術：
超聲磨削加工技術是適合于加工硬脆材料的最具潛力的加工技術之一，且 硬脆材料的新種類越來越多，應用也越來越廣泛。而旋轉超聲主軸是超聲磨削 加工機床的關鍵部件之一，現有的超聲機床一般都是在普通機床的主軸上附加 一個簡易超聲頭，其具有裝置龐大、精度差、轉速低等缺陷，且此方式會導致 超聲振動回傳至床身，加工精度低，工件質量差。發明內容本發明的目的是克服現有技術的缺點，提供一種緊湊型、高精度、高剛度、 直螺紋與錐度復合定位的超聲主軸。本發明的目的通過下述方案實現。一種直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，包括換能器、變幅桿和工具 頭，換能器由后匹配塊、壓電晶片和前匹配塊通過螺栓連接，且換能器、變幅 桿和工具頭連接并通過軸承支撐于外套上，可實現高速旋轉，其特殊之處在于變幅桿與工具頭之間通過直螺紋與錐度復合定位方式，該方式可使得壓電晶片 產生的超聲振動傳遞至工具頭，同時避免縱向的振動回傳至主軸軸承，并保證 機床的高剛度和良好的抗振性，且該方式可使得整個超聲主軸結構緊湊、旋轉 精度高。所述的工具頭一端通過電鍍、焊接等方式鍍附一層耐磨、高硬度材料，如鍍附一層金剛石材料；工具頭另一端為錐形與直螺紋復合型，且錐面的錐度可調整，必須保證超聲振動可高效傳遞至工具端部。所述的變幅桿一端具有內錐面和內直螺紋，且與工具頭的外錐面和外直螺 紋相吻合，保證工具頭與變幅桿間的良好連接，聲阻抗小。所述的后匹配塊、壓電晶片和前匹配塊三部分通過螺栓連接，螺栓與壓電 晶片之間需絕緣，且須避免壓電晶片承受轉矩，以免對壓電晶片產生破壞。所述的旋轉部分與外套間通過上下軸承支撐，以保證整個超聲主軸的旋轉 精度。所述的旋轉超聲振子驅動電信號的加載通過耐磨電刷實現，其可保證超聲 主軸在高速旋轉情況下驅動信號加載的可靠性，。所述的整個超聲主軸的轉動通過驅動軸帶動，驅動軸通過皮帶、同步帶、彈性連軸器等與電機相連。本發明的工作原理如下換能器在高頻超聲信號的驅動下，將超聲頻振動通過變幅桿、工具頭放大，振幅達到0.01-0. lmm,對工件產生高頻強烈沖擊，且超聲主軸同時實現高 速旋轉，對工件產生一種超聲磨削復合加工工藝。超聲磨削復合加工技術是在 磨削加工中引入超聲振動，借助超聲振動的作用去除工件上的被加工材料，超 聲振動可以強化和改善磨削加工效果。其主要表現為不但保留了磨削加工的 特性，還可大幅度提高加工效率(加工速度達到普通磨削的3~5倍)，減小切 屑的變形量，降低切削力，排屑通暢；同時有效改善工件表面質量(工件表面 光潔度可達到Ra<0.2Mm)，力度和熱負荷小，有利于保護工件和刀具(刀具損 耗降低到普通磨削的1/2),降低加工成本，其非常適合于硬脆材料的加工。本發明的有益效果是變幅桿與工具頭之間通過直螺紋與錐度復合定位方式，使得壓電晶片產生的超聲振動傳遞至工具頭，同時避免縱向的振動回傳至 主軸軸承，并保證機床的高剛度和良好的抗振性，該方式可使得整個超聲主軸 結構緊湊、旋轉精度高。利用該旋轉超聲主軸進行超聲磨削復合加工，其加工 效率可達到普通磨削的3~5倍，大大改善超聲磨削加工性能，有利于保護工件 和刀具。


圖l是本發明的具體實施方式
示意圖。圖2是本發明的變幅桿與工具頭間直螺紋與錐度復合定位第一種具體實施 方式示意圖。圖3是本發明的變幅桿與工具頭間直螺紋與錐度復合定位第二種具體實施 方式示意圖。圖中1-工具頭，2， 2，-定位錐度，3, 3，-直螺紋，4-軸承，5-壓電晶 片，6-螺釘，7-后匹配塊，8-驅動軸，9-上蓋，10-軸承，ll-螺栓，12-電刷， 13-外套，14-前匹配塊，15-變幅桿。
具體實施方式
在圖1所示的本發明的具體實施方式
中，該直螺紋與錐度復合定位的旋轉 超聲主軸，包括換能器、變幅桿15和工具頭1，換能器由后匹配塊7、壓電晶 片5和前匹配塊14三部分組成，并通過螺栓ll連接，后匹配塊7后端連接有 驅動軸8，以上各部分組成一個旋轉體，電機通過皮帶、同步帶或彈性連軸器 帶動驅動軸8旋轉，以使得整個旋轉部分高速轉動(3000-4000轉/分鐘)；整 個轉動部分通過兩個軸承4、 10固定在外套13上，整個主軸通過外套13被夾 持，實現軸向進給；上蓋9通過螺釘6限定整個轉動部分軸向位置；超聲電源 的驅動信號通過電刷12加載至超聲振子上；工具頭1與變幅桿15間通過錐度2和直螺紋3連接，該連接方式可使得超聲主軸結構緊湊，定位精度高；工具 頭1一端是電鍍或電焊等方法鍍附的金剛石工具頭。在圖2所示的本發明的變幅桿與工具頭間直螺紋與錐度復合定位第一種具 體實施方式示意圖中，是定位錐度2在下，連接直螺紋3在上的布局方式，且 該定位錐度可以是部分接觸，也可以是全部接觸。在圖3所示的本發明的變幅桿與工具頭間直螺紋與錐度復合定位第二種具 體實施方式示意圖中，是定位錐度2'在上，連接直螺紋3，在下的布局方式， 且該定位錐度同樣可以是部分接觸，也可以是全部接觸。本發明是直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸不局限于上述具體實施方式
。
權利要求
1. 一種直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，包括換能器、變幅桿[15]和工具頭[1]，其中換能器由后匹配塊[7]、壓電晶片[5]和前匹配塊[14]通過螺栓[11]連接且通過軸承[4、10]與外套[13]連接，換能器的前匹配塊[14]連接變幅桿[15]，換能器的后匹配塊[7]連接驅動軸[8]；其特征在于工具頭[1]與變幅桿[15]間通過錐度[2]和直螺紋[3]連接。
2. 根據權利要求l所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，其特征 在于上述工具頭[l]一端鍍附一層耐磨、高硬度材料，如金剛石材料；工具頭U] 另一端為錐形與直螺紋復合結構。
3. 根據權利要求1所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，其特征 在于所述的變幅桿[15]—端連接前匹配塊[14],另一端有內錐面和內直螺紋， 且與工具頭[l]的外錐面和外直螺紋相吻合。
4. 根據權利要求1或2或3所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸， 其特征在于上述工具頭[1]與變幅桿[15]間直螺紋[3]連接在上，錐度[2]定位在 下；即直螺紋[3]在工具頭[1]的頂端。
5. 根據權利要求1或2或3所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸， 其特征在于上述工具頭[1]與變幅桿[15]間直螺紋[3']連接在下，錐度[2'] 定位在上；即錐度[2']在工具頭[l]的頂端。
6. 根據權利要求l所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，其特征 在于上蓋[9]通過螺釘[6]安裝在外套[13]上端。
7. 根據權利要求l所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，其特征 在于電刷[12]安裝在外套[13]內側并與壓電晶片[5]接觸。
8. 根據權利要求l所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，其特征 在于上述驅動軸[8]通過皮帶、同步帶或彈性連軸器與電機相連。
9. 根據權利要求l所述的直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，其特征 在于上述螺栓[11]與壓電晶片[5]之間絕緣。
全文摘要
本發明公開一種直螺紋與錐度復合定位的旋轉超聲主軸，包括換能器、變幅桿和工具頭，且三部分連接并通過軸承支撐于外套上，可實現旋轉，其特殊之處在于變幅桿與工具頭之間通過直螺紋與錐度復合定位方式，該方式可使得壓電晶片產生的超聲振動傳遞至工具頭，同時避免縱向的振動回傳至主軸軸承，并保證機床的高剛度和良好的抗振性，該方式可使得整個超聲主軸結構緊湊、旋轉精度高；利用該旋轉超聲主軸進行超聲磨削復合加工，其加工效率可達到普通磨削的3～5倍，大大改善超聲磨削加工性能，有利于保護工件和刀具。
文檔編號B24B1/04GK101249620SQ20081002720
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月3日 優先權日2008年4月3日
發明者劉曉寧, 唐勇軍, 張永俊, 郭鐘寧 申請人:廣東工業大學