[實用新型]一種高速電主軸通用旋轉超聲換能器總成

有效

• 申請號: 201420413908.0
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN204035001U
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 陶曉明
• 申請（專利權）人: 陶曉明
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

技術領域

本實用新型屬于特種加工的加工裝置，具體涉及一種高速電主軸通用旋轉超聲換能器總成。?

背景技術

????自從人類第一次使用齒輪摩擦產生24KHz的超聲以來，迄今為止已有一百八十多年。這個既古老又年輕的學科隨著科技的進步及相關學科的需求，其應用技術已遍及工農業生產、國防、醫療、科研等，到處都可看到她的身影，其不可替代性已充分證明它自身的優勢。?

????超聲旋轉加工是應用聲學的一個重要分支，屬于特種加工的范疇，針對用普通方法無法加工或難以加工的材料如:光學玻璃、陶瓷、YAG釔鋁石榴石、藍寶石、人造水晶、玉石、半導體材料（硅、鍺）、鋁復合材料、硬質合金、永磁材料、不銹鋼、高溫合金等，可實現鉆孔、磨削、銑型、雕刻等加工。?

???旋轉超聲加工，即在旋轉的刀具上復合超聲波振動，對工件進行旋轉超聲加工。它不同于以往的超聲波磨料加工，其原理是在原有的機械加工的刀具上施加超聲振動。與普通機械加工相比，超聲波旋轉復合加工技術具有以下特點：?

????1、鉆、磨、銑的機械阻力大大降低。其原因是刀具施加超聲振動后，工件與刀具將形成高頻率的斷續接觸，從而降低了機械阻力，同時也降低了切削熱。尤其在加工熱膨脹系數高，材質又不均勻的材料時有優良的表現，不易發生局部過熱而破裂或者變形。超聲波振動將工件的被加工表面擊碎形成微痕，刀具可很輕易的將材料切削下來。切削力的降低不僅使生產效率提高，同時由于高頻率斷續接觸，也使刀具不易抱死扭斷，磨損減輕，使得刀具的使用壽命提高。

????2、加工溫度低，冷卻及排屑效果好。在超聲波作用下，刀具與工件呈高頻率的斷續接觸狀態，冷卻液可無死區的噴射到工件和刀具表面，不但形成超聲清洗的效果，同時液體流速加快，迅速帶走熱量使冷卻作用提高。切屑為均勻細小的粉末或斷屑，很容易排出，防止了劃痕和裂紋的產生，大大提高了加工光潔度。?

???3、對工件施加的機械力減小，使刀具或工件不易產生讓刀和彎曲變形，因而型腔及孔的精度、同心度和圓柱度得到提高。?

???雖有以上諸多優點，但真正用于生產實踐中的高速超聲電主軸產品還不多見。目前公知的多數技術還停留在集流環碳刷結構或者通過電磁感應向換能器供電方式的基礎上，同等功率下換能器體積過大，效率低下不能高速運行，制約此項技術在高速電主軸上的應用。前者通過碳刷接觸集流環向換能器饋電，其缺點是碳刷容易磨損，脫落的碳屑容易使集流環短路造成故障，同時在高速運轉時碳刷與集流環產生摩擦熱，使得轉速難以提高，須定期維護清理、更換碳刷，給使用者帶來不便和額外費用。后者電磁感應方式，雖然丟棄了集流環及碳刷，但其傳輸效率不高，動態工作時對動、靜感應器間的距離要求苛刻。位移及頻率變化時穩定性較差、對傳輸對象沒有識別能力，容易向周圍的金屬比如外殼等傳輸能量，造成發熱及能量損失，導致效率低下。?

???另外公知的換能器結構，其上蓋板與壓電元件之間沒有聲的反射涂層，壓電元件在同等單位體積下發射效率低，因而當壓電元件體積過小時，所能輻射的功率及轉換效率得不到提高。?

發明內容

本實用新型提供一種高速電主軸通用旋轉超聲換能器總成，采用了以磁共振非接觸傳輸方式及一體化高轉換效率的階梯形換能器的技術。?

????為實現上述目的，本實用新型的技術方案為：一種高速電主軸通用旋轉超聲換能器總成，包括一體結構的連接軸和換能器外殼，同軸固定在連接軸或電主軸末端上的磁共振發射器靜止單元和磁共振接收器轉動單元，以及同軸固定在換能器外殼內部的一體化超聲換能器；所述換能器外殼上通過螺母固定有軸承；所述一體化超聲換能器包括上蓋板，壓電元件，一體化結構的下蓋板、變幅桿、刃具夾頭，所述壓電元件設置在上蓋板與下蓋板之間。所述上蓋板與壓電元件之間設有復合材料涂層。所述涂層優選為由低密度高分子材料與碳化硅微粉按比例混合而成。所述涂層通過噴涂在上蓋板的方式形成。所述變幅桿的直徑為15mm-35mm。所述磁共振發射器靜止單元和磁共振接收器轉動單元之間的距離為0.2-5mm。所述軸承的個數為1-2個。?

本實用新型的優點如下：?

1、本實用新型采用磁共振傳輸狀態的磁共振發射器與接收器，所以傳輸效率高、傳輸的有效距離比磁感應遠，對受體有識別特性，同時不會對周邊的金屬殼體傳輸能量而導致發熱，因而傳輸效率及可靠性得以提高。同時動、靜單元之間的距離可在幾個mm范圍任意定位，徹底克服了磁感應方式距離在超過0.5mm時，其輸出功率下降為80%甚至無法驅動的缺點。