用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其包括磨頭、變幅桿、換能器、動子和非接觸電能傳遞裝置，動子的一端設(shè)有裝配腔，換能器設(shè)置在裝配腔內(nèi)，磨頭通過變幅桿與該換能器相連接，非接觸電能傳遞裝置設(shè)置在動子的另一端；本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，合理地增加超聲換能器與非接觸式電傳輸裝置，即使在動子高速旋轉(zhuǎn)中也能將電能量有效地傳遞給換能器，實(shí)現(xiàn)了換能器的驅(qū)動，從而產(chǎn)生超聲波能量，不僅使得超聲振動能量有效地向磨頭傳遞，有效提升加工效果且延長磨頭使用壽命，而且避免了接觸摩擦可能造成的發(fā)熱現(xiàn)象，同時不限制加工電主軸轉(zhuǎn)速的提高，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長，可以對藍(lán)寶石、鐵氧體、氧化鋯等硬脆材料進(jìn)行有效的加工。
【專利說明】用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及電主軸【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前一些特殊材料應(yīng)用越來越廣泛，比如玻璃、藍(lán)寶石、碳化娃、復(fù)合材料等。這些材料由于機(jī)械特性很硬脆，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)的加工工藝無法滿足這些材料的加工精度的要求。當(dāng)前行業(yè)采用了超聲能量輔助的方式，結(jié)合現(xiàn)有機(jī)床的高速旋轉(zhuǎn)，用于這類硬脆材料的可加工性、加工精度、以及提高加工刀具的壽命。在超聲輔助加工中，超聲能是加工工藝最為關(guān)鍵的參數(shù)，其起到激發(fā)材料原子能，降低切削力等作用。換能器(Transducer)是超聲加工中提供超聲能量的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其工作原理為利用壓電逆效應(yīng)將頻率電信號轉(zhuǎn)換為高頻超聲振動，并將超聲能傳輸?shù)郊庸げ牧稀Q能器作為超聲能量傳遞的載體，其工作性能直接影響加工材料的表面精度、加工效率、刀具壽命。為保證材料的加工精度與效率，需要精確控制換能器的超聲能量傳遞與振動模式。
[0003]在機(jī)床主軸上增加超聲波模塊，如果換能器的振動特性不得到有效的控制，將會影響到機(jī)床的主軸，尤其會影響到主軸的軸承，將對主軸的旋轉(zhuǎn)特性與壽命產(chǎn)生負(fù)面作用。
[0004]當(dāng)轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)過程，如何將電能量傳遞到超聲換能器，也是一件很困難的問題。當(dāng)前采用接觸式的軸承方式，但存在很多問題，比如:轉(zhuǎn)速低，容易損壞，壽命有限，存在安全隱患。因此，研發(fā)出一種新型的能量傳遞模式的超聲波轉(zhuǎn)子為當(dāng)世之所需。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對上述不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙、合理，能在高速旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行非接觸式電能傳輸，且使得超聲振動能量有效地向磨頭傳遞，有效提升加工效果且延長磨頭使用壽命的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子。
[0006]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:一種用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其包括磨頭、變幅桿、換能器、動子和非接觸電能傳遞裝置，所述動子的一端設(shè)有與所述換能器的外形輪廓相適配的裝配腔，所述換能器設(shè)置在該裝配腔內(nèi)，所述磨頭通過變幅桿與該換能器相連接，所述非接觸電能傳遞裝置設(shè)置在所述動子的另一端。本實(shí)用新型能確保了在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的基礎(chǔ)上，增加超聲波換能器，并采用電磁感應(yīng)的原理，實(shí)現(xiàn)動子在高速旋轉(zhuǎn)過程中將電能量有效地傳遞到超聲換能器模塊，使得超聲振動能量有效地向磨頭工具傳遞，有效提升硬脆材料的加工效果且刀具使用壽命。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述換能器對應(yīng)所述裝配腔的開口位置處徑向凸起形成聯(lián)接部，并在所述裝配腔的開口內(nèi)緣設(shè)有與該聯(lián)接部相適配的凹位，所述聯(lián)接部朝向所述磨頭的一端面下部設(shè)有下凹槽，另一端面上部設(shè)有上凹槽，即整體橫截面輪廓呈Z字形結(jié)構(gòu)，能較好地與動子相結(jié)合，且結(jié)合效果好，有效地避免了超聲能量的向外傳遞，從而保證超聲能量的傳遞路徑，不僅大大提升超聲能量傳遞效率，而且又能保證電主軸的旋轉(zhuǎn)性能，進(jìn)一步保證了加工效果，具有良好的工作性能。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非接觸電能傳遞裝置包括底座、主邊線圈和副邊線圈，所述底座上設(shè)有容線腔，所述主邊線圈設(shè)置在該容線腔內(nèi)，所述動子的另一端伸入該容線腔內(nèi)，且該動子上設(shè)有與所述裝配腔相連通的軸向通孔，所述副邊線圈對應(yīng)所述主邊線圈的一側(cè)位置固定在所述動子上，且該副邊線圈的連接線穿過所述軸向通孔與所換能器相連接。本實(shí)用新型的非接觸電能傳遞裝置的主邊線圈與副邊線圈之間有間隙，即非接觸性結(jié)構(gòu)設(shè)計，主邊線圈與驅(qū)動裝置相連接，而副邊線圈固定在動子上，且能隨該動子轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，通過電磁感應(yīng)，即使在動子高速旋轉(zhuǎn)中也能將電能量有效地傳遞給換能器，實(shí)現(xiàn)了換能器的驅(qū)動，從而產(chǎn)生超聲波能量。當(dāng)所述驅(qū)動裝置發(fā)射電信號產(chǎn)生超聲振動時，帶動所述變幅桿工作，從而帶動磨頭工作，并產(chǎn)生高頻率的機(jī)械超聲波振動，實(shí)現(xiàn)加工的目的。然而在加工過程中，由于主邊線圈與副邊線圈沒有直接接觸，這就避免了接觸摩擦可能造成的發(fā)熱現(xiàn)象，并且不限制加工電主軸轉(zhuǎn)速的提高；其次，主邊線圈與副邊線圈均是位于底座的容線腔內(nèi)，沒有導(dǎo)線裸露，這樣就提升了超聲加工的應(yīng)用環(huán)境，可以不受外在環(huán)境的限制，不懼怕灰塵和水的影響；而且具有可拆卸方便、易維護(hù)等特點(diǎn)。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述換能器通過過盈配合、熱壓或者螺釘?shù)确绞焦潭ㄔO(shè)置在該裝配腔內(nèi)。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述磨頭、變幅桿、換能器、動子和非接觸電能傳遞裝置均同心于基準(zhǔn)軸心。能有效減少非軸向振動的影響，以確保作單一的軸向運(yùn)動，不僅大大提高超聲能量傳遞效率，保證加工質(zhì)量，且能提升電主軸的旋轉(zhuǎn)特性和延長其使用壽命O
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，本實(shí)用新型的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子總長度為204?205mm。所述換能器為η倍半波長的超聲波換能器，其中η為正整數(shù)。所述換能器的長度為15?35mm。所述變幅桿的長度為10?30mm。所述動子的直徑為3(T50mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，配合效果好。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果為:本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙、緊湊、合理，只需要在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的基礎(chǔ)上，合理地增加超聲換能器與非接觸式電傳輸裝置，即可實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)電主軸轉(zhuǎn)子上增加超聲波能量的功能，其中換能器設(shè)計為軸向模態(tài)或縱扭復(fù)合模態(tài)，巧妙在換能器上設(shè)有橫截面輪廓呈Z字形的聯(lián)接部，能較好地與動子相結(jié)合，且結(jié)合效果好，有效地避免了超聲能量向外擴(kuò)散，確保了超聲能量有效傳遞到被加工材料，從而保證超聲能量的傳遞路徑，不僅大大提升超聲能量傳遞效率，而且又能保證電主軸的旋轉(zhuǎn)性能，進(jìn)而保證加工效果，另外，本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長，可以對藍(lán)寶石、鐵氧體、氧化鋯等硬脆材料進(jìn)行有效的加工，易于廣泛推廣使用。
[0013]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本實(shí)用新型中非接觸電能傳遞裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本實(shí)用新型中換能器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是圖4的局部A的結(jié)構(gòu)放大示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例:參見圖1至圖5，本實(shí)用新型提供一種用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其包括磨頭1、變幅桿2、換能器3、動子4和非接觸電能傳遞裝置5，所述動子4的一端設(shè)有與所述換能器3的外形輪廓相適配的裝配腔41，本實(shí)施例中，所述換能器3通過過盈配合固定設(shè)置在裝配腔41內(nèi)，其它實(shí)施例中，該換能器3可以通過熱壓或者螺釘?shù)确绞焦潭ㄔO(shè)置在該裝配腔41內(nèi)。所述磨頭I通過變幅桿2與該換能器3相連接，所述非接觸電能傳遞裝置5設(shè)置在所述動子4的另一端。所述換能器3通過過盈配合固定設(shè)置在裝配腔41內(nèi)。
[0020]具體的，參見圖3，所述非接觸電能傳遞裝置5包括底座51、主邊線圈52和副邊線圈53，所述底座51上設(shè)有容線腔，所述主邊線圈52設(shè)置在該容線腔內(nèi)，所述動子4的另一端伸入該容線腔內(nèi)，且該動子4上設(shè)有與所述裝配腔41相連通的軸向通孔42，所述副邊線圈53對應(yīng)所述主邊線圈52的一側(cè)位置固定在所述動子4上，且該副邊線圈53的連接線54穿過所述軸向通孔42與所換能器3相連接。本實(shí)用新型的非接觸電能傳遞裝置5的主邊線圈52與副邊線圈53之間有間隙，即非接觸性結(jié)構(gòu)設(shè)計，在加工過程中，所述主邊線圈52與副邊線圈53是沒有直接接觸，有效避免了接觸摩擦可能造成的發(fā)熱現(xiàn)象，并且不限制加工電主軸轉(zhuǎn)速的提高；同時所述主邊線圈52與副邊線圈53都是位于底座51的容線腔內(nèi)，不裸露在外，可以不受外在環(huán)境的限制，不懼怕灰塵和水的影響，使用安全可靠。
[0021]優(yōu)選的，參見圖2，所述磨頭1、變幅桿2、換能器3、動子4和非接觸電能傳遞裝置5均同心于基準(zhǔn)軸心。能有效減少非軸向振動的影響，以確保作單一的軸向運(yùn)動，不僅大大提高超聲能量傳遞效率，保證加工質(zhì)量，且能提升電主軸的旋轉(zhuǎn)特性和延長其使用壽命。本實(shí)用新型的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子總長度為204?205mm。所述換能器3為η倍半波長的超聲波換能器，其中η為正整數(shù)。所述換能器的長度為15?35mm。所述變幅桿2的長度為10?30mm。所述動子4的直徑為3(T50mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,配合效果好。
[0022]較佳的，參見圖4和圖5，使所述換能器3對應(yīng)所述裝配腔41的開口位置處徑向凸起形成聯(lián)接部31，并在所述裝配腔41的開口內(nèi)緣設(shè)有與該聯(lián)接部31相適配的凹位，所述聯(lián)接部31朝向所述磨頭I的一端面下部設(shè)有下凹槽311，另一端面上部設(shè)有上凹槽312，即整體橫截面輪廓呈Z字形結(jié)構(gòu)，能較好地與動子4相結(jié)合，且結(jié)合效果好，有效地避免了超聲能量的向外傳遞，從而保證超聲能量的傳遞路徑，不僅大大提升超聲能量傳遞效率，而且又能保證電主軸的旋轉(zhuǎn)性能，進(jìn)一步保證了加工效果，具有良好的工作性能。
[0023]工作時，由于主邊線圈52與驅(qū)動裝置相連接，而副邊線圈53固定在動子4上，且能隨該動子4轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,通過電磁感應(yīng),即使在動子4高速旋轉(zhuǎn)中也能將電能量有效地傳遞給換能器3，實(shí)現(xiàn)了換能器3的驅(qū)動，從而產(chǎn)生超聲波能量。當(dāng)所述驅(qū)動裝置發(fā)射電信號產(chǎn)生超聲振動時，帶動所述變幅桿2工作，從而帶動磨頭I工作，并產(chǎn)生高頻率的機(jī)械超聲波振動，實(shí)現(xiàn)加工的目的。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙、緊湊、合理，只需要在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的基礎(chǔ)上，合理地增加換能器與非接觸式電傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)動子4在高速旋轉(zhuǎn)過程中將電能量有效地傳遞到超聲換能器模塊，使得超聲振動能量有效地向磨頭I工具傳遞，有效提升硬脆材料的加工效果且刀具使用壽命，其中換能器設(shè)計為軸向模態(tài)或縱扭復(fù)合模態(tài)，巧妙在換能器上設(shè)有橫截面輪廓呈Z字形的聯(lián)接部31，能較好地與動子4相結(jié)合，且結(jié)合效果好，有效地避免了超聲能量向外擴(kuò)散，確保了超聲能量有效傳遞到被加工材料，從而保證超聲能量的傳遞路徑，不僅大大提升超聲能量傳遞效率，而且又能保證電主軸的旋轉(zhuǎn)性能，進(jìn)而保證加工效果，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長，可以對藍(lán)寶石、鐵氧體、氧化鋯等硬脆材料進(jìn)行有效的加工。
[0024]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本實(shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的【具體實(shí)施方式】，對本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本實(shí)用新型構(gòu)成任何限制，采用與其相同或相似的其它裝置，均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于:其包括磨頭、變幅桿、換能器、動子和非接觸電能傳遞裝置，所述動子的一端設(shè)有與所述換能器的外形輪廓相適配的裝配腔，所述換能器設(shè)置在該裝配腔內(nèi)，所述磨頭通過變幅桿與該換能器相連接，所述非接觸電能傳遞裝置設(shè)置在所述動子的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述換能器對應(yīng)所述裝配腔的開口位置處徑向凸起形成聯(lián)接部，并在所述裝配腔的開口內(nèi)緣設(shè)有與該聯(lián)接部相適配的凹位，所述聯(lián)接部朝向所述磨頭的一端面下部設(shè)有下凹槽，另一端面上部設(shè)有上凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述非接觸電能傳遞裝置包括底座、主邊線圈和副邊線圈，所述底座上設(shè)有容線腔，所述主邊線圈設(shè)置在該容線腔內(nèi)，所述動子的另一端伸入該容線腔內(nèi)，且該動子上設(shè)有與所述裝配腔相連通的軸向通孔，所述副邊線圈對應(yīng)所述主邊線圈的一側(cè)位置固定在所述動子上，且該副邊線圈的連接線穿過所述軸向通孔與所換能器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述換能器通過過盈配合、熱壓或者螺釘固定設(shè)置在該裝配腔內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述磨頭、變幅桿、換能器、動子和非接觸電能傳遞裝置均同心于基準(zhǔn)軸心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述換能器為η倍半波長的超聲波換能器，其中η為正整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述換能器的長度為 15 ?35mm0
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述變幅桿的長度為 10 ?30mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，總長度為204?205mmo
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于電主軸的超聲波轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述動子的直徑為30?50mm。
【文檔編號】B24B1/04GK203945253SQ201420292486
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】張增英 申請人:張增英