超声加工机构及螺帽组件的制作方法

本实用新型涉及超声加工技术领域，特别是涉及一种超声加工机构及螺帽组件。

背景技术：

随着现代科技和工业对材料要求的不断提高，尤其是在航空航天、化工、军事、机械、电子电器以及精密制造领域，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能。但是这些材料，例如陶瓷、玻璃、石墨、碳化硅等，往往具有高强度、高硬度、高脆性等加工难点，使得传统的铣削工艺难以实现高效、高质量的铣削加工。

超声加工是利用工具头附加的超声波振动，实现对陶瓷、玻璃、蓝宝石、氧化锆和碳化硅等具备优越的物理、化学和机械性能的硬脆、难加工材料的复合加工方式，具有加工精度高，加工表面质量好的特点，因此被广泛应用于加工硬脆材料。特别是近来年，随着手机、奢侈品等行业的快速发展，对蓝宝石、氧化锆等硬脆、难加工材料的加工要求越来越高、应用量也越来越大，在机床上如何方便、快捷、可靠地应用超声波技术成为行业研究和探索的方向。

主轴是机床的核心部件，传统的主轴没有自带超声加工功能，因此通常把能够产生超声波振动的超声波刀柄装配至主轴上，以对工件进行超声波加工。然而，有些主轴并没有适配于超声波刀柄的安装结构，因此无法装配超声波刀柄，也就无法对工件进行超声波加工；另外，因为超声波刀柄一般比较重，且结构复杂，对整体结构的跳动及精度都会带来不利影响。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以进行超声波加工且质量较轻、结构简单、避免对整体结构的跳动及精度产生不利影响的超声加工机构及螺帽组件。

一种螺帽组件，包括：

螺帽，用于套设于筒夹与主轴的旋转轴外，并将所述筒夹锁紧于所述旋转轴的一端，所述螺帽上设置有承载部和夹持部，所述夹持部用于将筒夹锁紧于所述旋转轴的一端；及

外壳，套设于所述螺帽外。

在其中一个实施例中，所述螺帽包括套接部，所述套接部与所述旋转轴的一端相连接。

在其中一个实施例中，所述套接部设置有内螺纹，所述旋转轴的一端设置有外螺纹，所述套接部的内螺纹与所述旋转轴的外螺纹相配合。

在其中一个实施例中，所述承载部位于所述套接部的一端，且所述承载部的外径大于所述套接部的外径。

在其中一个实施例中，所述螺帽的内侧壁形成有第一倾斜面，且其内径沿远离所述旋转轴的方向逐渐减小，所述筒夹上形成有与所述第一倾斜面相配合的第二倾斜面。

在其中一个实施例中，所述外壳包括壳体及壳板，所述壳板设置于所述壳体的一端，所述壳板上开设有通孔，所述螺帽包括外凸部，所述外凸部通过所述通孔外凸于所述外壳，所述外凸部密封所述通孔。

在其中一个实施例中，所述外凸部上开设有穿孔，所述穿孔用于供工具头穿过，所述穿孔的侧壁上开设有容纳槽，所述容纳槽内设置有密封件。

一种超声加工机构，包括：

筒夹，一端用于装配于主轴的旋转轴上的装夹孔内，所述装夹孔开设于所述旋转轴的底端且向上延伸，所述筒夹用于夹持工具头；

如上任一项所述的螺帽组件；及

超声换能器，套设于所述螺帽上且固定于所述承载部上。

在其中一个实施例中，所述超声换能器包括陶瓷片及电极片，所述陶瓷片与所述电极片层叠设置，且位于所述外壳与所述螺帽之间形成的空间内。

在其中一个实施例中，所述超声换能器还包括后盖板，所述后盖板套设于所述螺帽上，所述陶瓷片与所述电极片位于所述后盖板与所述承载部之间。

上述超声加工机构及螺帽组件至少具有以下优点：

装配至主轴上时，筒夹直接装配于主轴的旋转轴的装夹孔内，且筒夹通过螺帽锁紧于旋转轴的一端，超声换能器套设于螺帽上且固定于承载部上。工作时，超声换能器将超声频电信号转换成机械能，并通过螺帽将机械能传递给工具头，使工具头产生超声波振动，进行超声波加工工件。上述主轴及超声加工机构直接将筒夹装配于装夹孔内，将超声换能器通过螺帽直接套设于旋转轴外，即使旋转轴上没有适配刀柄的安装结构，也能够将筒夹、超声换能器通过螺帽装配在旋转轴上以实现超声波加工的功能。因此省去了刀柄结构，不仅质量轻、结构简单，转动惯量比较小，可以实现高速加工，而且可以避免对整体结构的跳动及精度产生不利影响。此外，采用上述结构后，可以简单、快速地实现对任意机床的主轴结构改造，实现超声波加工，通用性非常好，无需再考虑设计主轴结构和尺寸来匹配独立的超声波刀柄。

附图说明

图1为一实施方式中的主轴的结构示意图；

图2为图1所示主轴的剖视图；

图3为图2的局部示意图；

图4为另一实施方式中的主轴的结构示意图；

图5为图4所述主轴的剖视图；

图6为图5的局部示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1及图2，一实施方式中的主轴10，包括超声加工机构100及工具头200。主轴10用于安装在机床上，主轴10具有旋转轴11，装夹孔12开设于旋转轴11上。例如，装夹孔12开设于旋转轴11的底端面，且装夹孔12向上延伸，工作时旋转轴11转动。超声加工机构100包括筒夹110、螺帽120、超声换能器130及外壳140。

筒夹110的一端用于装配于主轴10的旋转轴11上的装夹孔12内，筒夹110用于夹持工具头200。螺帽120用于套设于筒夹110及旋转轴11外，并将筒夹110锁紧于旋转轴11的一端。即，筒夹110通过螺帽120实现安装并锁紧于旋转轴11的一端，不再通过超声波刀柄的方式实现。螺帽120上设置有承载部121。

超声换能器130套设于螺帽120上且固定于承载部121上。外壳140套设于螺帽120外，以使超声换能器130位于外壳140与螺帽120之间形成的空间内。定义螺帽组件包括螺帽120及外壳140，螺帽120将筒夹110锁紧于螺帽120与旋转轴11之间，外壳140套设于螺帽120外。

装配时，筒夹110直接装配于主轴10的旋转轴11的装夹孔12内，且筒夹110通过螺帽120锁紧于旋转轴11的一端，超声换能器130套设于螺帽120上且固定于承载部121上。工作时，超声换能器130将超声频电信号转换成机械能，并通过螺帽120将机械能传递给工具头200，使工具头200产生超声波振动，进行超声波加工工件。上述主轴10及超声加工机构100直接将筒夹110装配于装夹孔12内，将超声换能器130通过螺帽120直接套设于旋转轴11外，即使旋转轴11上没有适配刀柄的安装结构，也能够将筒夹110、超声换能器130通过螺帽120装配在旋转轴11上以实现超声波加工的功能。因此省去了刀柄结构，不仅质量轻、结构简单，转动惯量比较小，可以实现高速加工，而且可以避免对整体结构的跳动及精度产生不利影响。此外，采用上述结构后，可以简单、快速地实现对任意机床的主轴结构改造，实现超声波加工，通用性非常好，无需再考虑设计主轴结构和尺寸来匹配独立的超声波刀柄。

进一步地，螺帽120包括套接部122，套接部122与旋转轴11的一端相连接。例如，套接部122设置有内螺纹，旋转轴11的一端设置有外螺纹，套接部122的内螺纹与旋转轴11的外螺纹相配合，便于螺帽120拆装。

进一步地，承载部121位于套接部122的一端，且承载部121的外径大于套接部122的外径。例如，承载部121与套接部122一体成型设置，承载部121为外凸于套接部122的环形结构，承载部121用于承载超声换能器130。当然，在其他的实施方式中，承载部121还可以为其他可以起到承载作用的形式。

进一步地，螺帽120的内侧壁形成有第一倾斜面123，且其内径沿远离旋转轴11的方向逐渐减小，筒夹110上形成有与第一倾斜面123相配合的第二倾斜面111。相互配合的第一倾斜面123与第二倾斜面111在组装时可以起导向作用，组装好后有利于保证螺帽120与筒夹110之间的稳定性。

进一步地，外壳140包括壳体141及壳板142，壳板142设置于壳体141的一端，壳板142上开设有通孔143，螺帽120包括外凸部124，外凸部124通过通孔143外凸于外壳140，外凸部124密封通孔143，因此可以防止外界水汽和杂质进入外壳140与螺帽120之间形成的空间内。

进一步地，外凸部124上开设有穿孔125，穿孔125用于供工具头200穿过，穿孔125的侧壁上开设有容纳槽126，容纳槽126内设置有密封件（图未示）。例如，密封件为密封圈，当工具头200的一端夹紧于筒夹110内时，密封圈套设于工具头200外，密封圈用于提高工具头200与螺帽120之间的密封性，防止外界水汽和杂质进入螺帽120内对筒夹110造成影响。

进一步地，超声换能器130包括陶瓷片131及电极片132，陶瓷片131与电极片132层叠设置，且位于外壳140与螺帽120之间形成的空间内。超声换能器130还包括后盖板133，后盖板133套设于外壳140上，陶瓷片131与电极片132位于后盖板133与承载部121之间。后盖板133将陶瓷片131和电极片132压紧在承载部121上，提高结构的稳定性。

进一步地，超声加工机构100还包括无线接收组件150，无线接收组件150套设于外壳140外，这种装配方式，节省轴向空间，适合主轴夹具长度伸出长度不够的问题。此时，外壳140还包括密封盖板144，密封盖板144覆盖在外壳140、夹持件120和超声换能器130的后盖板133的后端，将超声换能器130密封在外壳140与夹持件120之间形成的空间内，防止外界水汽和杂质进入。

具体地，无线接收组件150包括无线接收壳体151、无线接收磁芯152及无线接收线圈153，无线接收线圈153位于无线接收磁芯152内且与超声换能器130电连接，无线接收磁芯152位于无线接收壳体151内，外壳140上形成有定位环145，无线接收壳体151定位于定位环145上。

当然，请参阅图4至图6，在另一实施方式中，无线接收组件150套设于主轴10外，且位于外壳140、夹持件120与超声换能器130的后端，整体结构体积小，且集中在轴芯使得主轴的转动惯量更小。需要解释的是，工具头靠近工件的方向为前端方向，工具头靠近主轴的方向为后端方向。体现在图1和图4中，上方为后端，下方为前端。

无线接收组件150包括无线接收壳体151、无线接收磁芯152及无线接收线圈153，无线接收线圈153位于无线接收磁芯152内且与超声换能器130电连接，无线接收磁芯152位于无线接收壳体151内，无线接收壳体151密封外壳140与夹持件120之间形成的空间。此时，外壳140可以省去密封盖板，而通过无线接收壳体151来密封外壳140与夹持件120之间形成的空间。

进一步地，无线接收壳体的底部凸出形成有第一配合凸台和第二配合凸台，外壳上形成有与第一配合凸台相配合的第一配合槽，螺帽上形成有与第二配合凸台相配合的第二配合槽。这样的结构，可以实现无线接收壳体与外壳和螺帽的过盈配合，更紧固，防水。

当然，在另外的实施方式中，无线接收组件还可以位于外壳的前端，且套设于工具头外，无线接收组件与工具头之间具有间距。此时，外壳的后端通过一密封盖板密封。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。