[發明專利]一種空心伺服電機驅動的超聲切削電主軸

有效

• 申請號: 201810034062.2
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108381671B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 湯沁民;胡小平;于保華
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B26F3/00
• 分類號: B26F3/00;B26D5/08;H02K7/00;H02K7/14
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明提出一種空心伺服電機驅動的超聲切削電主軸，包括電主軸本體與聲學組件，所述電主軸本體包括空心主軸、軸套、外殼、電機安裝板和空心伺服電機，其中空心主軸通過軸承安裝于軸套內，軸套同軸安裝于外殼的下端，外殼的上端設置所述電機安裝板，空心伺服電機安裝于電機安裝板；所述聲學組件通過錐形法蘭同軸安裝于空心主軸內。采用空心軸伺服電機驅動，通過脹套與空心軸，驅動空心主軸旋轉，以帶動聲學組件實現超聲切削，傳動鏈短，有利于提高主軸的旋轉運動精度，進而提高加工精度。同時，采用水銀導電滑環導電，相較于傳統的利用碳刷傳輸電信號的超聲切削電主軸，空間布局更緊湊，電傳輸更加可靠。

技術領域

本發明屬于超聲切削加工裝備技術領域，具體涉及一種空心伺服電機驅動的超聲切削電主軸。

背景技術

蜂窩復合材料是由芳綸纖維等復合材料仿照自然界蜂巢形狀制備而成的一種人造結構材料，具有重量輕、密度小、比強度高，自熄性好、絕緣性能和化學特性優良等特點。這些特點使得它成為航空、航天制造等領域中不可缺少的重要材料之一，并越來越廣泛地應用于這些領域的重要零部件結構設計和制造中。

蜂窩復合材料是目前復合材料中機械加工最難的材料之一。傳統高速銑削蜂窩復合材料存在如下問題：①、切削力大、表面質量欠佳，切削過程中對材料的撕扯導致零件邊緣和輪廓表面產生毛刺，邊角不齊；②、加工效率不高、需要大量粘膠，切削加工會產生較大的拉扯力，為防止零件被拉起，必須降低加工進給量和切削深度來降低切削力，從而降低了零件的加工效率；③、產生大量粉塵、噪聲風塵污染嚴重，切削過程中由于材料不斷被撕碎，產生大量噪聲與粉塵，破壞工廠環境，損害工人健康。

為了解決上述高速切削加工存在問題，一種融合超聲技術與數控技術的超聲切削數控加工工藝近幾年興起，并逐漸開始應用于蜂窩復合材料結構件的加工。目前GFM、Dukane、Geiss和Sonotec等公司已在研究蜂窩復合材料超聲加工技術，并逐步推出了一些相關的機床、主軸系統或刀具配件。隨著超聲切削工藝的逐步成熟以及關鍵技術與裝備的產業化，歐美各大飛機制造廠和航空復合材料的研發生產企業都已廣泛采用這類超聲切割設備生產蜂窩芯零部件。然而，國內蜂窩復合材料超聲切削理論與工藝技術研究仍處于起步階段，沒有自主知識產權的相關工藝理論和切削裝備，航空制造企業大都還是采用傳統高速銑削工藝方式加工蜂窩復合材料結構件。這種狀況不但阻礙我國航空制造裝備自主化水平，還嚴重影響航空工業與相關領域的產業提升。

發明內容

針對上述現有技術中存在的不足，本發明提供了一種空心軸伺服電機驅動的超聲切削電主軸，用于蜂窩復合材料加工。

為實現本發明的目的，本發明采用以下技術方案：

一種空心伺服電機驅動的超聲切削電主軸，包括電主軸本體與聲學組件，所述電主軸本體包括空心主軸、軸套、外殼、電機安裝板和空心伺服電機，其中空心主軸通過軸承安裝于軸套內，軸套同軸安裝于外殼的下端，外殼的上端設置所述電機安裝板，空心伺服電機安裝于電機安裝板；所述聲學組件通過錐形法蘭同軸安裝于空心主軸內。

優選地，所述空心主軸通過圓錐滾子軸承安裝于軸套內，所述圓錐滾子軸承的端面通過軸承壓蓋壓緊設置于軸套內。

優選地，所述圓錐滾子軸承包括上圓錐滾子軸承和下圓錐滾子軸承，所述上、下圓錐滾子軸承之間通過軸承定位圈定位，所述上圓錐滾子軸承、下圓錐滾子軸承的內圈同軸安裝于空心主軸的外壁，所述上圓錐滾子軸承、下圓錐滾子軸承的外圈同軸安裝于軸套的內壁。采用一對圓錐滾子軸承將空心主軸固定在軸套內，可使得空心主軸與軸套之間的連接更加牢固，提高力傳遞效果和電主軸工作性能。

進一步地，空心主軸的上端設置一上端蓋，空心伺服電機的空心軸的下端通過脹套同軸安裝于所述上端蓋內，空心軸的上端通過脹套連接空心伺服電機的轉子。

進一步地，錐形法蘭用于連接聲學組件與空心主軸，錐形法蘭的上端外錐面與空心主軸下端的內錐面配合，并通過螺栓將錐形法蘭與空心主軸壓緊。