[發明專利]超聲旋轉加工機床的主軸設計

無效

• 申請號: 201010523758.5
• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號: CN102452131A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 褚桂君
• 申請（專利權）人: 褚桂君
• 主分類號: B28D1/00
• 分類號: B28D1/00;B23B19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機械加工設備中超聲機床的主軸，特別是將超聲和普通機床加工合而為一的一種高效的設備，可以完成對陶瓷材料的鉆孔和攻絲。

背景技術

攻絲是切削加工中廣泛使用的一種內螺紋加工方法，尤其是對于小直徑內螺紋，攻絲幾乎是唯一可行的加工方法。雖然普通的攻絲方法在大多數情況下能滿足生產要求，但是由于攻絲加工過程本身屬于半封閉式的多刃切削過程，與車削等其他加工方法相比切削條件惡劣，加工中小直徑內螺紋和在難加工材料上攻絲時，普遍存在攻絲扭矩大、螺紋加工精度低、絲錐磨損快、易折斷、廢品率高等問題，嚴重影響生產的正常進行。圓鋸片、金剛石繩鋸、框架鋸等傳統的切割方法的切縫都較寬，不適用于貴重材料的切割，內圓切割的切縫雖可達0.1mm，但只能切割直面，不能切割曲面、不能加工孔和螺紋。傳統的超聲波成型加工方法是利用形狀拷貝原理，將工具的形狀復制到工件上，工具加工工件過程中，存在以下一些問題：

1.加工工程陶瓷材料時，工具磨損嚴重，加工效率也比較低；

2.由于懸浮磨料在加工間隙內分布不均勻，導致加工表面完整性不好；

3.加中工具質量變化和力的傳導等因素使加工速度和加工質量受到影響。為了彌補傳統攻絲工藝的缺陷與不足，振動攻絲工藝在加工中逐步受到重視。

發明內容

本發明的目的是彌補上述不足，我們采用電鍍金剛石絲錐與超聲波旋轉加工相結合的方法，加工硬脆材料，有效地解決超聲波成型加工由于工具損耗嚴重、加工間隙中懸浮磨料不均勻從而影響復雜型面的加工精度問題，根據超聲振動特點，參照現在機床的結構及工作原理，設計超聲旋轉加工機床的主軸，使其完成陶瓷材料的鉆孔和攻絲。

本發明的技術方案是：考慮到聲學部分在加工時的高頻振動、主軸的旋轉運動，應充分保證聲學系統部分的平衡性、穩定性，因而在設計時盡量考慮各個部件的對稱性，以及部件之間的相互連接和定位，將偏心度降至最低。

主軸的超聲加工系統由超聲波發生器、換能器、變幅桿、工具等構成。如圖2.4所示：

超聲旋轉加工的主軸振子采用夾心式壓電陶瓷換能器。它由一對壓電陶瓷片、電極和前、后匹配塊組成，前匹配塊與變幅桿粘結在一起。后匹配塊與階梯傳動軸通過螺紋連接。整個振動系統的連接部分應接觸緊密，在螺紋連接處應涂以凡士林油，絕不可存在空氣間隙，否則超聲波傳遞過程中將損失很大能量。因為超聲波通過空氣時會很快衰減，超聲元件的固定應選擇振幅為零的駐波節點處。

在超聲旋轉加工機床進行振動鉆削時，超聲加工系統首先由超聲波發生器將交流電轉變為超聲頻電振蕩信號，超聲頻電振蕩信號經過集流環傳遞給換能器，換能器的作用是將超聲頻電振蕩信號轉換為超聲頻機械振動；變幅桿的作用是將換能器的振動振幅放大；超聲波的機械振動經變幅桿放大后傳給工具，使工具以一定的能量與工件作用，進行加工。

本發明的優點是：

由于在線鋸上施加了超聲，靠磨料瞬時撞擊來去除材料，切割工件的表面質量優于普通線鋸切割。

由于線據超聲加工不會引起熱影響區域，因此不會改變工件表面的化學/電性質，超聲加工后的工件表面的薄層殘余壓應力能夠提高工件的循環疲勞強度。

由于超聲波加工中的材料去除是靠極小磨料局部、瞬時的撞擊作用，因此工件表面的切削力和切削熱很小。不會引起變形和燒傷，可以獲得較高的加工表面質量。

附圖說明

圖1是本發明的超聲旋轉加工機床的主軸結構示意圖；

圖2是本發明的超聲振動系統；

圖3是本發明的夾心式壓電換能器的加工尺寸。

壓電陶瓷1換能器后蓋2軸承3傳動軸4集流環5.12箱體6聯軸器7步進電機8鍵9螺栓10軸承11集流環支架13電極片14換能器前蓋板15彈性擋圈16鉆夾頭17工具18變幅桿19密封圈20透蓋21超聲波發生器22換能器21傳振桿20變幅桿19加工工具18位移分布22應力分布23螺桿24彈簧墊25墊圈26絕緣套27壓電陶瓷28硬鋁29鋁電極30

具體實施方法

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述：

主軸的超聲加工系統(圖1)由工具18、變幅桿19、換能器21、超聲波發生器22等構成。

超聲旋轉加工的主軸振子采用夾心式壓電陶瓷換能器。它由一對壓電陶瓷片28、電極30和前、后匹配塊組成，前匹配塊與變幅桿19粘結在一起。后匹配塊與階梯傳動軸4通過螺紋連接。