[發明專利]一種使用常規刀柄的自動換刀超聲波電主軸

在審

• 申請號: 201711206673.2
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107983974A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 康仁科;董志剛;馬國峰;王毅丹;劉津廷;朱祥龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23B19/02
• 分類號: B23B19/02;B06B1/02;B06B1/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 趙淑梅,李洪福

本發明公開了一種使用常規刀柄的自動換刀超聲波電主軸，包括殼體、特制變幅桿和拉桿；特制變幅桿包括依次連接的換能器桿、法蘭盤和振幅放大桿，振幅放大桿的遠離法蘭盤的一端設有常規刀柄安裝錐孔，特制變幅桿具有與常規刀柄安裝錐孔連通的中心拉刀機構孔。本發明將超聲振動單元與電主軸集成，通過對變幅桿結構進行特殊設計，使其與標準拉刀機構和常規刀柄匹配，使用常規刀柄即可實現刀具的高頻超聲振動，同時，由于采用常規刀柄，可以在不改變現有刀庫結構的情況下，實現自動換刀，節省了購置大量超聲振動刀柄的費用，顯著提高了加工效率；本發明還具有換能器溫度實時檢測功能，通過特殊的氣路設計對換能器進行風冷，保證超聲振動單元穩定工作。

技術領域

本發明涉及超聲波電主軸技術領域，特別是涉及一種使用常規刀柄的自動換刀超聲波電主軸。

背景技術

光學玻璃、工程陶瓷、功能晶體等硬脆材料具有高強度、耐高溫、耐磨損等優良的物理和機械性能，目前已被廣泛應用在航空航天、汽車、軍工等領域，但是由于這些材料具有較高的硬度和強度，傳統的加工方法難以保證加工質量和效率。超聲輔助加工技術通過在傳統加工過程中引入高頻超聲振動，改變了刀具與工件材料的接觸狀態，帶來了切削力小、切屑熱少、加工表面質量高、刀具耐用度提高等諸多優點。

目前實現工業應用的超聲電主軸多是采用普通電主軸與超聲振動刀柄相結合的方式，在刀柄內部集成超聲電能傳輸單元、換能器以及變幅桿。采用這種方式的超聲振動刀柄笨重、動平衡差，在需要自動換刀時需要對機床刀庫進行特殊的結構改造，且需要購置一系列的專用超聲振動刀柄置于機床刀庫中，整體成本高。另外，超聲振動系統工作過程中換能器會產生大量的熱量，這些熱量如不能及時擴散，會導致換能器溫度過高，嚴重影響超聲振動系統的工作性能。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種使用常規刀柄即可實現刀具高頻超聲振動且具有自動換刀功能，同時能夠對換能器進行溫度監測以及風冷的超聲波電主軸。本發明采用的技術手段如下：

一種使用常規刀柄的自動換刀超聲波電主軸，包括殼體、特制變幅桿和拉桿；

所述特制變幅桿包括依次連接的換能器桿、法蘭盤和振幅放大桿，所述振幅放大桿的遠離所述法蘭盤的一端設有常規刀柄安裝錐孔，所述特制變幅桿具有與所述常規刀柄安裝錐孔連通的中心拉刀機構孔；

所述殼體的軸線位置設有轉子軸，所述轉子軸的外壁套接有轉子，所述殼體的內壁上設有與所述轉子相對應的定子，所述轉子軸后端通過后軸承組與所述殼體的內壁連接，所述轉子軸前端通過前軸承組與所述殼體的內壁連接，所述轉子軸前端具有穿過所述前軸承組的階梯軸，所述轉子軸具有中心通孔Ⅰ，所述階梯軸具有中心階梯孔，所述中心通孔Ⅰ與所述中心階梯孔的小端連通，所述中心階梯孔的大端開口處具有環形凹槽，所述轉子軸后端穿過所述后軸承組與一超聲電能接收單元連接，所述殼體的后端設有與所述超聲電能接收單元相對且間隙設置的超聲電能發射單元，所述特制變幅桿位于所述中心階梯孔內，所述法蘭盤徑向延伸至所述環形凹槽的槽底并通過壓緊環與所述環形凹槽的內側壁壓緊，所述壓緊環的外沿與所述環形凹槽的槽底螺紋連接，所述振幅放大桿從所述壓緊環伸出，所述換能器桿上套接有環形壓電陶瓷片-環形銅片組，所述環形壓電陶瓷片-環形銅片組與所述中心階梯孔的內壁之間具有間隙；

所述超聲電能發射單元與所述超聲電能接收單元保持同軸，二者軸向相距1～2mm。

所述殼體的后端外壁設有打刀機構外殼，所述打刀機構外殼內設有打刀機構；

所述拉桿的一端與位于所述打刀機構外殼后端的旋轉接頭連接，所述拉桿的另一端依次穿過所述打刀機構、所述超聲電能發射單元、所述超聲電能接收單元和所述中心通孔Ⅰ與位于所述中心拉刀機構孔內的拉刀機構(標準拉刀機構)連接，所述拉刀機構與位于所述常規刀柄安裝錐孔內的常規刀柄連接；