CN101369757A - 感应式超声电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应式超声电主轴，整个超声主轴由两大部分构成，后部分为电主轴，前部分为超声振动***，两部分之间通过屏蔽环隔离其电磁场干扰，电机使得主轴产生高速旋转，超声振动***由超声换能器、变幅杆和工具头构成，其产生主轴轴向的超声频振动；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，此非接触式传输信号可省去电刷、避免电刷磨损、降低发热及大幅提高主轴转速；主轴由前轴承、中轴承及后轴承三个轴承进行支承，该方式可提高主轴刚度和旋转精度，前轴承支承于超声振动***波节处，可降低振动；在电机和超声信号传输***外都套装有封水盖，冷却水可使主轴始终保持在正常使用温度。

Description

感应式超声电主轴

技术领域

本发明涉及超声主轴，更具体地说本发明涉及一种可实现非接触传输的感应式超声电主轴。

背景技术

超声复合加工技术是最适合加工硬脆材料的加工方法之一，而超声主轴是超声复合加工机床的关键核心部件，传统的超声主轴一般都是采用电刷进电方式，其发热、磨损、低精度等一系列问题使得超声复合加工很难推广于实际生产。现有机床大部分都是采用独立电机驱动超声主轴，其动力传动环节多、转速较低、体积庞大、可靠性低等缺陷。

本发明结合电主轴和超声主轴的优点，同时将感应式传输应用于超声主轴进电环节，提出一种感应式超声电主轴。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种紧凑型、高转速、高刚度及高精度的感应式超声电主轴。

本发明的目的通过下述方案实现。

本发明的感应式超声电主轴，整个主轴结构包括两大部分，后部分为电主轴，其保证主轴高速平稳地旋转，前部分为超声主轴，其采用感应传输方式，保证主轴的轴向超声频振动。

所述电机定子外部和超声发射器外部套装有封水盖，冷却水通过后端盖上设有的进水管接口进入冷却环形槽，然后再流经后端盖上的出水接口，以降低主轴的温度。

所述电机与超声信号传输***之间设有屏蔽环，其可隔离两者之间的电磁场的干扰。

所述超声发射器与超声接收器之间的信号传输为电磁感应式传输。即超声发射和接收***部分分别装设有一磁芯，两磁芯间具有一定的微小间隙，可实现相对旋转，通过磁芯间的电磁能的传输以实现驱动信号从壳体以非接触方式传输至旋转主轴上。

所述超声振动部分包括超声换能器、变幅杆和工具头，前轴承的支撑位置应该位于超声振动***的波节处，以降低振动。

超声振动***有一些点始终保持不动，这些不动的点称为波节。

本发明的感应式超声电主轴，它包括两部分，后部分为电主轴，前部分为超声振动***；所述超声振动***包括超声换能器、变幅杆和工具头，超声振动***的超声换能器装设于变幅杆的后端，变幅杆的前端安装有工具头，超声振动***装设于中轴承前部；主轴由前轴承、中轴承及后轴承支承，上述三个轴承分别装设于壳体上；所述前轴承装设于壳体前端，中轴承装设于壳体中部，后轴承装设于壳体后部；电机转子、电机定子、超声发射器和超声接收器装设于中轴承和后轴承之间，其中电机定子和电机转子成对组合装设于主轴的后端，超声发射器和超声接收器成对组合装设于主轴的中端；上述的电机定子和电机转子与超声发射器和超声接收器之间安装屏蔽环将两者分隔。

所述壳体前部安装前端盖，后部安装后端盖，后端盖上安装有电源接头和进出水管接头，进出水管接头连接冷却水道。

所述电机定子外部和超声发射器外部分别套装有封水盖，冷却水通过后端盖上的进水管接头进入环形的冷却水道，然后再流经后端盖上的出水接头。

所述超声发射器与超声接收器之间的信号传输为电磁感应式传输。

所述前轴承的支撑位置位于超声振动***的波节处。

所述后轴承与主轴之间安装有后轴套。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的感应式超声电主轴是将超声振动附加到电主轴上的一种结构，且超声信号的传输采用的是感应传输方式，该结构使得主轴具有高转速、高刚度、高旋转精度等高性能。把超声振动和电主轴设计为一体化，主轴的可靠性得到很大提高。采用屏蔽环可实现超声振动信号和电机驱动信号之间的电磁场屏蔽，主轴可实现平稳转动。

附图说明

图1是本发明的感应式超声电主轴的结构示意图。

图中：1-工具头，2-变幅杆，3-前端盖，4-前轴承，5-超声换能器，6-壳体，7-中轴承，8-超声发射器，9，9’-封水盖，10-超声接收器，11，11’-冷却水道，12-屏蔽环，13-电机定子，14-电机转子，15-后轴套，16-后轴承，17-后端盖，18，18’-进水管接头，19-电源接头，20-出水管接头，21-主轴。

具体实施方式

在图1所示的本发明的具体结构示意图中，包括主轴21、壳体6、前轴承4、中轴承7、后轴承16、电机转子14、电机定子13、屏蔽环12、超声换能器5、变幅杆2、工具头1、超声发射器8及超声接收器10等部分。整个主轴分为前后两部分，前部分为超声振动***，后部分为电主轴部分。前端盖3、前轴承4、中轴承7、超声发射器8、封水盖9、屏蔽环12、电机定子13、封水盖9、9’、后轴承16及后端盖17装设于壳体6上，电机与超声信号传输***之间设有屏蔽环，以隔离两者之间的电磁场干扰。主轴最后端套装有后轴套15，后轴承16和后轴套15的作用主要用于提供主轴的后支承，防止主轴后端倾斜，提高主轴的径向承载能力和刚度。超声信号传输***由超声发射器8和超声接收器10组成，两者间通过电磁感应方式传输超声驱动信号，其属于非接触式传输，感应传输方式可省去电刷，避免电刷的磨损及过热现象，同时提高主轴旋转精度和转速。电机定子13外套装有封水盖9’，封水盖9’通过冷却水道11’，再通过进水管接头18’、出水管接头20与供水***相连。同样，超声发射器8外套装有封水盖9，封水盖9通过冷却水道11，再通过进水管接头18、出水管接头20与供水***相连。在主轴中部装设有中轴承7，中轴承7可防止主轴21的弯曲变形，提高主轴21的刚度和旋转精度。超声振动***由超声换能器5、变幅杆2和工具头1三部分构成，超声换能器5的主要功能是把电能转变成机械能，变幅杆2的主要功能是放大超声振动的振幅，工具头1的主要功能是用来进行超声复合加工，整个超声振动***在加工过程中应始终保持谐振状态。前轴承4装设于超声振动***的波节处(振动最小)，避免超声振动传递至前轴承4和壳体6上。前端盖3用于阻挡加工时所产生的铁屑和冷却液进入超声电主轴内，后端盖17通过螺钉装设于壳体6后端部，后端盖17上装设有进水管接头18，18’、出水管接头20和电源接头19，进水管接头18，18’及出水管接头20与供水***相连，电源接头19与超声电源相连。

Claims (6)

1.一种感应式超声电主轴，其特征在于：它包括两部分，后部分为电主轴，前部分为超声振动***；所述超声振动***包括超声换能器、变幅杆和工具头，超声振动***的超声换能器装设于变幅杆的后端，变幅杆的前端安装有工具头，超声振动***装设于中轴承前部；主轴由前轴承、中轴承及后轴承支承，上述三个轴承分别装设于壳体上；所述前轴承装设于壳体前端，中轴承装设于壳体中部，后轴承装设于壳体后部；电机转子、电机定子、超声发射器和超声接收器装设于中轴承和后轴承之间，其中电机定子和电机转子成对组合装设于主轴的后端，超声发射器和超声接收器成对组合装设于主轴的中端；上述的电机定子和电机转子与超声发射器和超声接收器之间安装屏蔽环将两者分隔。

2.根据权利要求1所述的感应式超声电主轴，其特征在于：所述壳体前部安装前端盖，后部安装后端盖，后端盖上安装有电源接头和进出水管接头，进出水管接头连接冷却水道。

3.根据权利要求2所述的感应式超声电主轴，其特征在于：所述电机定子外部和超声发射器外部分别套装有封水盖，冷却水通过后端盖上的进水管接头进入环形的冷却水道，然后再流经后端盖上的出水接头。

4.根据权利要求1所述的感应式超声电主轴，其特征在于：所述超声发射器与超声接收器之间的信号传输为电磁感应式传输。

5.根据权利要求1或2或3所述的感应式超声电主轴，其特征在于：所述前轴承的支撑位置位于超声振动***的波节处。

6.根据权利要求1所述的感应式超声电主轴，其特征在于：所述后轴承与主轴之间安装有后轴套。

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