一种超声波加工中心的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声波加工中心，在加工中心的主轴单元上设置有超声波系统，所述超声波系统包括超声波发生器(1)、无线发射模块(3)、无线接收模块(2)以及超声波换能器(10)、变幅杆(11)；无线发射模块(3)封装在主轴单元的壳体(5)上，通过电缆(13)与超声波发生器(1)连接；无线接收模块(2)封装在主轴(6)上，无线接收模块(2)通过无线的方式接收无线发射模块发射(3)发出的超声频震荡信号，通过设置在刀柄(8)和主轴上的触点把超声波信号传递到超声换能器(10)，从而可以对玻璃、陶瓷、高温合金、碳-碳化硅复合材料等硬脆或粘刀的难加工材料在加工中心上进行复合加工，并可实现自动换刀。
【专利说明】一种超声波加工中心
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机械加工设备，特别是一种超声波加工机床，属于特种机械加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着超声波技术的发展，超声波在特种材料的加工方面的应用越来越多。在机械加工机床的刀具上附加超声振动，可以实现对陶瓷、玻璃等硬脆难加工材料的复合加工。如专利号为ZL200720032813.4、专利名称为“通用机床超声波钻铣头”的中国专利，就是在切削机床的主轴上安装一种超声波钻铣头来实现复合加工，但是这种超声波工具是独立定制的，对不同的零件可能需要不同形状和规格的钻铣头，超声波钻铣头作为机床的附件，仅能实现手工换刀，无法实现高效、高精度的自动加工，所以其应用受到限制。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就是提供一种超声波加工中心，在现有常规加工中心的基础上二次设计，使玻璃、陶瓷、高温合金、碳-碳化硅复合材料等硬、脆或粘刀的难加工材料在加工中心上实现高精度、快速、自动加工。
[0004]一种超声波加工中心，其特征是:无线发射模块封装在主轴单元的壳体上，无线发射模块的电输入端与超声波发生器的电输出端通过电缆连接，无线接收模块封装在主轴上，超声波换能器封装在刀柄的下方，变幅杆的一端固定在超声换能器的下端，另一端连接刀头；主轴下端与刀柄结合部位的结合面上设置有输出电触点，输出电触点设置在主轴上并与无线接收模块的电输出端连接，输入电触点设置在刀柄上并与超声换能器的引线连接,主轴与刀柄连接后,主轴上的输出电触点与刀柄上的输入电触点贴合接通；无线接收模块通过无线的方式接收无线发射模块发射的超声频震荡信号。
[0005]输出电触点与输入电触点的设置结构具体有以下几种形式:
[0006]输出电触点和输入电触点分别设置在主轴与刀柄结合的各自端面上,输出电触点通过导线与无线接收模块的电输出端连接，在主轴上设置有导线过孔。
[0007]输出电触点设置在主轴端面上的连接刀柄和主轴的键槽底面上，通过导线与无线接收模块的电输出端连接；输入电触点设置在刀柄上键槽端部；在键块与输出电触点和输入电触点相配合的面上分别设置过渡弹性电触点，过渡弹性电触点在键块内部电连接。
[0008]输出电触点设置在主轴连接刀柄的锥孔圆锥面上，通过导线与无线接收模块的电输出端连接；输入电触点设置在刀柄的圆锥面上与输出电触点相接贴合的部位。
[0009]本实用新型的优点是:由于在主轴上设置了超声波振动系统，使刀具在旋转切削的同时对工件产生高频振动冲击，实现复合加工，可以对玻璃、陶瓷、高温合金等硬脆难加工材料进行精细加工；在刀柄和主轴连接部分设置有电触点，使用通用的刀柄，装夹刀具方便，可以在加工中心上实现超声波刀具的自动换刀，使超声波技术在加工中心上的得到了充分的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1:本实用新型第一个实施例结构示意图；
[0011]图2:图1中A处局部放大视图；
[0012]图3:本实用新型电路原理图；
[0013]图4:本实用新型第二个实施例结构示意图；
[0014]图5:本实用新型第三个实施例结构示意图。
[0015]图中，1-超声波发生器；2_无线接收模块；3_无线发射模块；4_推力轴承；5-壳体；6-主轴；7_球面轴承；8-刀柄；9-键块；10_超声波换能器；11_变幅杆；12_刀头；13-电缆；14_导线；15-输出电触点；16_匹配电感；17_匹配电容；18-输入电触点。
【具体实施方式】
[0016]根据输出电触点与输入电触点的设置结构不同，本实用新型可以有多种【具体实施方式】。
[0017]如图1所示为本实用新型第一个实施例结构示意图，在加工中心的机械主轴的主轴单元上设置有超声波系统，所述超声波系统包括超声波发生器1、无线发射模块3、无线接收模块2以及超声波换能器10、变幅杆11 ;无线发射模块3封装在主轴单元的壳体5上，无线发射模块3是一组无线发射线圈，其电输入端与超声波发生器I的电输出端通过电缆13电连接；壳体5固定安装在床身上，为静止件，在壳体5上设置有电缆13的通过孔；电缆13的一端与超声波发生器I的输出端连接，电缆13的另一端与无线发射模块3的线圈输入端连接；超声波发生器I产生的超声频电震荡信号通过电缆13传递到无线发射模块3发射；主轴6通过球面轴承7和推力轴承4与壳体5形成转动副，主轴高速旋转时不会轴向窜动。
[0018]无线接收模块2封装在主轴6上，随主轴6转动；超声波换能器10封装在刀柄8的下方，变幅杆11的一端通过螺纹或者焊接的方式固定在超声换能器10的下端，另一端通过螺纹、弹簧卡头连接刀头12。
[0019]如图2所示为图1中A处局部放大视图，本实施例中，输出电触点15和输入电触点18分别设置在主轴6与刀柄8结合的各自端面上，主轴6与刀柄8连接后，主轴6上的输出电触点15与刀柄8上的输入电触点18贴合接通；输出电触点15通过导线14与无线发射模块2的电输出端连接，在主轴6上设置有导线过孔，导线14的一端连接在无线发射模块2的电输出端引线上，另一端穿过导线通过孔后连接在输出电触点15上；输入电触点18连接在超声换能器10的引线上；输出电触点15与输入电触点18使用韧性好导电性好的铜触点，输出电触点15与主轴6之间设置有绝缘套，输入电触点18和刀柄8之间设置有绝缘套，在输出电触点18和输入电触点15与各自绝缘套与触点座之间设置弹簧形成弹性触点。
[0020]通过设置定位，刀柄8安装在主轴6上后，输出电触点15与输入电触点18紧密贴合。实际制造中，在壳体5的两端设置有端盖，端盖与壳体5的端面用螺钉连接，在端盖上有主轴6的通过孔。
[0021 ] 如图3所示为本实用新型电路原理图，超声波发生器I产生的超声频电震荡信号，通过电缆13传输到无线发射模块3，无线发射模块3以无线的方式把超声频电震荡信号发射出去；无线接收模块2是由匹配电容17和匹配电感16构成的无线接收电路，通过电磁共振的方式来接收无线发射模块3发射的电磁波，把接收到的超声频电震荡信号传输到超声波换能器10，超声换能器10的作用是将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动；无线接收模块2的匹配电容17、匹配电感16和超声换能器10接收无线发射模块3发射的电磁波，并经阻抗转变驱动超声换能器10产生谐振，从而转换电能实现主轴6高速旋转时的超声波振荡信号源与超声换能器10之间的电源传输问题。变幅杆11的作用是将超声换能器10的振动幅度放大。超声机械振动经变幅杆11放大后传给刀头12，所以刀头12在对工件旋转切削同时还以高频震动对工件产生连续的高频冲击，实现复合加工。
[0022]输出电触点15和输入电触点18的组合可以设置在主轴6和刀柄8结合面不同的位置，可以有多种实施例。如图4、图5所示分别为本实用新型的第二个实施例及第三个实施例结构示意图，除输出电触点15与输入电触点18在主轴6及刀柄8上的位置及结构不同外，其余与第一个实施例相同。
[0023]如图4所示，在第二个实施例中，输出电触点15设置在主轴6端面上的连接刀柄8和主轴6的键槽底面上，通过导线14与无线发射模块3的电输出端连接；输入电触点18设置在刀柄8上键槽端部；在键块9与输出电触点15和输入电触点18相配合的面上分别设置过渡弹性电触点，过渡弹性电触点在键块9内部电连接；键块9的弹性电触点与键块9之间设置有绝缘套，弹性点触点为铜触点，在铜触点的下部设置有弹簧形成弹性触点，方便接插，电接触可靠。
[0024]如图5所示，在第三个实施例中，输出电触点15设置在主轴6连接刀柄8的锥孔表面，通过导线14与无线发射模块3的电输出端连接；输入电触点18设置在刀柄8的锥面上与输出电触点15相接贴合的部位。
[0025]在上述三个实施例中，超声波发生器I产生20— 50kHz的电磁波，通过无线发射模块3以无线的方式发射出去，无线接收模块2接收该电磁波，并将接收到的电磁波转换为1100V的交流电源与匹配电感16、匹配电容17连接，实现阻抗变换，驱动超声换能器10产生谐振，从而将电信号转变为每分钟20000— 50000次的机械振动。刀柄8可以使用通用标准刀柄，主轴6选用BT30、JT、NT、ISO等，在刀库中配置相应的刀具，就可以实现自动换刀。
【权利要求】
1.一种超声波加工中心，其特征是:无线发射模块(3)封装在主轴单元的壳体(5)上，无线发射模块(3)的电输入端与超声波发生器(I)的电输出端通过电缆(13)连接；无线接收模块(2)封装在主轴(6)上，超声波换能器(10)封装在刀柄(8)的下方，变幅杆(11)的一端固定在超声换能器(10)的下端，另一端连接刀头(12);主轴(6)下端与刀柄(8)结合部位的结合面上设置有输出电触点(15)，输出电触点(15)设置在主轴(6)上并与无线接收模块⑵的电输出端连接；输入电触点(18)设置在刀柄⑶上并与超声换能器(10)的引线连接，主轴(6)与刀柄⑶连接后，主轴(6)上的输出电触点(15)与刀柄⑶上的输入电触点(18)贴合接通；无线接收模块(2)通过无线的方式接收无线发射模块发射(3)发出的超声频震荡信号。
2.根据权利要求1所述的一种超声波加工中心，其特征是:输出电触点(15)和输入电触点(18)分别设置在主轴(6)与刀柄⑶结合处的各自端面上，输出电触点(15)通过导线(14)与无线接收模块(2)的电输出端连接，在主轴(6)上设置有导线过孔。
3.根据权利要求1所述的一种超声波加工中心，其特征是:输出电触点(15)设置在主轴(6)端面上的连接刀柄(8)和主轴￠)的键槽底面上，通过导线(14)与无线接收模块(2)的电输出端连接；输入电触点(18)设置在刀柄⑶上键槽端部；在键块(9)与输出电触点(15)和输入电触点(18)相配合的面上分别设置过渡弹性电触点，过渡弹性电触点在键块(9)内部电连接。
4.根据权利要求1所述的一种超声波加工中心，其特征是:输出电触点(15)设置在主轴(6)连接刀柄⑶的锥孔圆锥面上，通过导线(14)与无线接收模块⑵的电输出端连接；输入电触点(18)设置在刀柄(8)的圆锥面上与输出电触点(15)相接贴合的部位。
【文档编号】B23P23/04GK204075721SQ201420542757
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月21日 优先权日:2014年9月21日
【发明者】李宣儒, 陶晓明, 郭明利, 高务本 申请人:郭明利