中空出水超声波电主轴的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种中空出水超声波电主轴，其包括主轴外壳、主轴转子、中空出水旋转接头、无线电能传输模块、鼠笼式电机、中空出水连接管和中空出水换能器，主轴转子上设有输水通道，中空出水换能器设置在主轴外壳的头部，且通过中空出水连接管与输水通道相连接；本发明的结构设计巧妙、合理，水经中空出水旋转接头进入主轴转子并从中空出水换能器的工具头处喷出，不仅冷却效果好，有效改善切削热提升刀具寿命，同时也能利用水流顺势将深孔中的屑料排出，进而解决深孔加工中排屑难的问题，有效提升在深孔加工方面的优势以及对加工效率、加工效果、加工精度、加工质量、刀具寿命等都有很大提升，加工效果好，工作稳定性高，利于广泛推广。
【专利说明】
中空出水超声波电主轴
技术领域
[0001 ]本发明涉及超声波电主轴技术领域，特别涉及一种中空出水超声波电主轴。
【背景技术】
[0002]近年来，一些新型的硬脆复合材料如C/SiC、C/C等在航空航天、汽车、能源等领域得到越来越多的应用，而这些硬脆复合材料却不如传统材料容易加工，用传统机械加工方法加工容易出现纤维撕裂、分层、毛刺等缺陷，并且刀具磨损严重，效率低，而超声振动加工技术被认为是最适合加工硬脆复合材料的方法之一，它是在传统机械加工中工件与刀具相对运动的基础上，在工件或刀具上施加超声振动，以获得更好的加工性能的加工方法。与普通加工相比，超声振动加工具有降低切削力、减少刀具磨损、提高工件表面加工精度和提高加工效率等优点。
[0003]然而在工作时，超声波电主轴的转速很高，运转时会产生大量热量，引起电主轴温升，使电主轴的热态特性和动态特性变差，从而影响电主轴的正常工作。因此必须采取一定措施控制电主轴的温度，使其恒定在一定值内。目前一般采取强制循环油冷却的方式对电主轴的定子及主轴轴承进行冷却，即将经过油冷却装置的冷却油强制性地在主轴定子外和主轴轴承外循环，带走主轴高速旋转产生的热量。其虽然能实现在一定程度的降温作用，但是构成复杂，维护成本高，而且在加工深孔时，难以对工具头进行及时冷却，同时也存在深孔加工中排肩困难的问题。
[0004]
【发明内容】
[0005]针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，冷却效果好，有效改善切削热提升刀具寿命和解决深孔加工中排肩难的问题的中空出水超声波电主轴。
[0006]本发明为实现上述目的所采用的技术方案为:一种中空出水超声波电主轴，其包括主轴外壳、主轴转子、中空出水旋转接头、无线电能传输模块、鼠笼式电机、中空出水连接管和中空出水换能器，所述鼠笼式电机设置在主轴外壳内，所述主轴转子贯穿鼠笼式电机的转轴并通过轴承组件设置在主轴外壳内，该主轴转子上设有沿其轴心线延伸的输水通道，所述中空出水换能器设置在主轴外壳的头部，且通过中空出水连接管与该输水通道的首端相连接，所述中空出水旋转接头设置在输水通道的尾端，所述无线电能传输模块设置在主轴外壳的尾部，且分别与所述鼠笼式电机和中空出水换能器相连接。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述主轴转子的首部径向增大形成装配部，该装配部的端面凹入形成一用来装配所述中空出水换能器的装配腔，该装配腔通过连通道与输水通道相连通。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述中空出水换能器包括工具头、压电陶瓷组件和变幅杆，所述工具头通过夹头设置在所述变幅杆的首端，该变幅杆的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，不仅装配效果好，且保证超声能量的传递路径，提升超声能量传递效率，具有良好的工作性能。所述压电陶瓷组件通过连接部件设置在所述变幅杆的尾部，该变幅杆上设有沿其轴心线延伸的出水通道，该出水通道近所述夹头的一端径向增大形成储水腔，该储水腔与夹头的夹紧裂槽相连通，所述中空出水连接管的一端经出水通道伸入储水腔，且径向增大形成头部，另一端插入连通道与输水通道相连接。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述中空出水连接管与连通道之间设有密封圈。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷组件包括至少两块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述夹头包括压帽和夹筒，所述变幅杆的前端面中心位置设有安装所述夹筒的夹筒腔，外缘位置设有与所述压帽相适配的压帽凹位，所述夹筒的封闭一端插入夹筒腔内，开口一端呈逐渐增大状，且呈圆心对称设有多条夹紧裂槽，所述压帽套设在所述压帽凹位上，且中心位置设有缩紧卡孔，并在所述夹筒的开口一端设有与该缩紧卡孔相适配的卡头。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述输水通道的尾端内壁径向增大形成插接腔，并在所述中空出水旋转接头上设有与该插接腔相适配的插接头，该插接头与插接腔之间设有密封圈。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述无线电能传输模块采用松耦电磁变压器的方法，实现电能量向旋转的主轴转子传递电信号，以驱动中空出水换能器，具有比较高的转换效率，且提高超声波电主轴的旋转速度。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述主轴转子、变幅杆和工具头同心于基准轴心。
[0015]本发明的有益效果为:本发明的结构设计巧妙、合理，具有中空输水结构，水经中空出水旋转接头进入主轴转子并从中空出水换能器的工具头处喷出，不仅冷却效果好，有效改善切削热提升刀具寿命，同时也能利用水流顺势将深孔中的肩料排出，进而解决深孔加工中排肩难的问题，有效提升在深孔加工方面的优势以及对加工效率、加工效果、加工精度、加工质量、刀具寿命等都有很大提升，加工效果好，工作稳定性高，使用寿命长，易于广泛推广使用。
[0016]下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的结构示意图。
[0018]图2是本发明的全剖视结构示意图。
[0019]图3是本发明中的中空出水换能器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]实施例:见图1、图2和图3，本发明提供的一种中空出水超声波电主轴，其包括主轴外壳1、主轴转子2、中空出水旋转接头3、无线电能传输模块4、鼠笼式电机5、中空出水连接管6和中空出水换能器7，所述鼠笼式电机5设置在主轴外壳I内，所述主轴转子2贯穿鼠笼式电机5的转轴并通过轴承组件设置在主轴外壳I内，该主轴转子2上设有沿其轴心线延伸的输水通道21，所述中空出水换能器7设置在主轴外壳I的头部，且通过中空出水连接管6与该输水通道21的首端相连接，所述中空出水旋转接头3设置在输水通道21的尾端，所述无线电能传输模块4设置在主轴外壳I的尾部，且分别与所述鼠笼式电机5和中空出水换能器7相连接。
[0021]所述无线电能传输模块4采用松耦电磁变压器的方法，实现电能量向旋转的主轴转子传递电信号，以驱动中空出水换能器，具有比较高的转换效率，且提高超声波电主轴的旋转速度。
[0022]具体的，所述主轴转子2的首部径向增大形成装配部，该装配部的端面凹入形成一用来装配所述中空出水换能器7的装配腔，该装配腔通过连通道与输水通道21相连通。
[0023]参见图3，所述中空出水换能器7包括工具头71、压电陶瓷组件和变幅杆73，所述工具头71通过夹头74设置在所述变幅杆73的首端，该变幅杆73的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部231，不仅装配效果好，且保证超声能量的传递路径，提升超声能量传递效率，具有良好的工作性能。所述压电陶瓷组件通过连接部件72设置在所述变幅杆73的尾部，该变幅杆73上设有沿其轴心线延伸的出水通道，该出水通道近所述夹头74的一端径向增大形成储水腔731，该储水腔与夹头74的夹紧裂槽相连通，所述中空出水连接管6的一端经出水通道伸入储水腔，且径向增大形成头部，另一端插入连通道与输水通道21相连接。所述主轴转子2、变幅杆73和工具头71同心于基准轴心。减少非轴向振动的影响，以确保作单一的轴向运动，大大提高超声能量传递效率，保证加工质量。
[0024]较佳的，在所述中空出水连接管6与连通道之间设有密封圈，有效提升密封效果。
[0025]具体的，所述压电陶瓷组件包括至少两块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。本实施例中，优选将四块压电陶瓷相叠置，并且采用并联方式连接，在保证具有小体积的基础上，有效降低阻抗，耗能低。其它实施例中，可以采用两块或三块压电陶瓷进行叠置，且并联连接。当然，也可以采用五块或更多块压电陶瓷进行叠置，且并联连接。
[0026]具体的，所述夹头74包括压帽741和夹筒742，所述变幅杆73的前端面中心位置设有安装所述夹筒742的夹筒腔，外缘位置设有与所述压帽741相适配的压帽凹位，所述夹筒742的封闭一端插入夹筒腔内，开口一端呈逐渐增大状，且呈圆心对称设有多条夹紧裂槽，夹筒742插入夹筒腔后，该夹筒742上的夹紧裂槽能与储水腔相连通。所述压帽741套设在所述压帽凹位上，且中心位置设有缩紧卡孔，并在所述夹筒742的开口一端设有与该缩紧卡孔相适配的卡头。
[0027]较佳的，所述输水通道21的尾端内壁径向增大形成插接腔，并在所述中空出水旋转接头3上设有与该插接腔相适配的插接头，该插接头与插接腔之间设有密封圈。
[0028]工作时，水经中空出水旋转接头3进入主轴转子2，并通过中空出水连接管6从中空出水换能器7的工具头71处喷出，不仅冷却效果好，有效改善切削热提升刀具寿命，同时也能利用水流顺势将深孔中的肩料排出，进而解决深孔加工中排肩难的问题，有效提升在深孔加工方面的优势以及对加工效率、加工效果、加工精度、加工质量、刀具寿命等都有很大提升，加工效果好，工作稳定性高，使用寿命长。
[0029]根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的【具体实施方式】，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似的其它电主轴，均在本发明保护范围内。
【主权项】
1.一种中空出水超声波电主轴，其特征在于:其包括主轴外壳、主轴转子、中空出水旋转接头、无线电能传输模块、鼠笼式电机、中空出水连接管和中空出水换能器，所述鼠笼式电机设置在主轴外壳内，所述主轴转子贯穿鼠笼式电机的转轴并通过轴承组件设置在主轴外壳内，该主轴转子上设有沿其轴心线延伸的输水通道，所述中空出水换能器设置在主轴外壳的头部，且通过中空出水连接管与该输水通道的首端相连接，所述中空出水旋转接头设置在输水通道的尾端，所述无线电能传输模块设置在主轴外壳的尾部，且分别与所述鼠笼式电机和中空出水换能器相连接。2.根据权利要求1所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述主轴转子的首部径向增大形成装配部，该装配部的端面凹入形成一用来装配所述中空出水换能器的装配腔，该装配腔通过连通道与输水通道相连通。3.根据权利要求2所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述中空出水换能器包括工具头、压电陶瓷组件和变幅杆，所述工具头通过夹头设置在所述变幅杆的首端，该变幅杆的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，所述压电陶瓷组件通过连接部件设置在所述变幅杆的尾部，该变幅杆上设有沿其轴心线延伸的出水通道，该出水通道近所述夹头的一端径向增大形成储水腔，该储水腔与夹头的夹紧裂槽相连通，所述中空出水连接管的一端经出水通道伸入储水腔，且径向增大形成头部，另一端插入连通道与输水通道相连接。4.根据权利要求2所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述中空出水连接管与连通道之间设有密封圈。5.根据权利要求2所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述压电陶瓷组件包括至少两块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。6.根据权利要求3所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述夹头包括压帽和夹筒，所述变幅杆的前端面中心位置设有安装所述夹筒的夹筒腔，外缘位置设有与所述压帽相适配的压帽凹位，所述夹筒的封闭一端插入夹筒腔内，开口一端呈逐渐增大状，且呈圆心对称设有多条夹紧裂槽，所述压帽套设在所述压帽凹位上，且中心位置设有缩紧卡孔，并在所述夹筒的开口一端设有与该缩紧卡孔相适配的卡头。7.根据权利要求1所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述输水通道的尾端内壁径向增大形成插接腔，并在所述中空出水旋转接头上设有与该插接腔相适配的插接头，该插接头与插接腔之间设有密封圈。8.根据权利要求3-7之一所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述主轴转子、变幅杆和工具头同心于基准轴心。9.根据权利要求1所述的中空出水超声波电主轴，其特征在于，所述无线电能传输模块采用松耦电磁变压器实现电能量向旋转的主轴转子传递电信号，以驱动中空出水换能器。
【文档编号】B28D7/00GK106041129SQ201610348166
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】张增英, 李泽湘, 王煜, 刘升
【申请人】东莞市优超精密技术有限公司