一种空心伺服电机驱动的超声切削电主轴制造技术

本发明专利技术提出一种空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，包括电主轴本体与声学组件，所述电主轴本体包括空心主轴、轴套、外壳、电机安装板和空心伺服电机，其中空心主轴通过轴承安装于轴套内，轴套同轴安装于外壳的下端，外壳的上端设置所述电机安装板，空心伺服电机安装于电机安装板；所述声学组件通过锥形法兰同轴安装于空心主轴内。采用空心轴伺服电机驱动，通过胀套与空心轴，驱动空心主轴旋转，以带动声学组件实现超声切削，传动链短，有利于提高主轴的旋转运动精度，进而提高加工精度。同时，采用水银导电滑环导电，相较于传统的利用碳刷传输电信号的超声切削电主轴，空间布局更紧凑，电传输更加可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种空心伺服电机驱动的超声切削电主轴
本专利技术属于超声切削加工装备
，具体涉及一种空心伺服电机驱动的超声切削电主轴。
技术介绍
蜂窝复合材料是由芳纶纤维等复合材料仿照自然界蜂巢形状制备而成的一种人造结构材料，具有重量轻、密度小、比强度高，自熄性好、绝缘性能和化学特性优良等特点。这些特点使得它成为航空、航天制造等领域中不可缺少的重要材料之一，并越来越广泛地应用于这些领域的重要零部件结构设计和制造中。蜂窝复合材料是目前复合材料中机械加工最难的材料之一。传统高速铣削蜂窝复合材料存在如下问题：①、切削力大、表面质量欠佳，切削过程中对材料的撕扯导致零件边缘和轮廓表面产生毛刺，边角不齐；②、加工效率不高、需要大量粘胶，切削加工会产生较大的拉扯力，为防止零件被拉起，必须降低加工进给量和切削深度来降低切削力，从而降低了零件的加工效率；③、产生大量粉尘、噪声风尘污染严重，切削过程中由于材料不断被撕碎，产生大量噪声与粉尘，破坏工厂环境，损害工人健康。为了解决上述高速切削加工存在问题，一种融合超声技术与数控技术的超声切削数控加工工艺近几年兴起，并逐渐开始应用于蜂窝复合材料结构件的加工。目前GFM、Dukane、Geiss和Sonotec等公司已在研究蜂窝复合材料超声加工技术，并逐步推出了一些相关的机床、主轴系统或刀具配件。随着超声切削工艺的逐步成熟以及关键技术与装备的产业化，欧美各大飞机制造厂和航空复合材料的研发生产企业都已广泛采用这类超声切割设备生产蜂窝芯零部件。然而，国内蜂窝复合材料超声切削理论与工艺技术研究仍处于起步阶段，没有自主知识产权的相关工艺理论和切削装备，航空制造企业大都还是采用传统高速铣削工艺方式加工蜂窝复合材料结构件。这种状况不但阻碍我国航空制造装备自主化水平，还严重影响航空工业与相关领域的产业提升。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种空心轴伺服电机驱动的超声切削电主轴，用于蜂窝复合材料加工。为实现本专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：一种空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，包括电主轴本体与声学组件，所述电主轴本体包括空心主轴、轴套、外壳、电机安装板和空心伺服电机，其中空心主轴通过轴承安装于轴套内，轴套同轴安装于外壳的下端，外壳的上端设置所述电机安装板，空心伺服电机安装于电机安装板；所述声学组件通过锥形法兰同轴安装于空心主轴内。优选地，所述空心主轴通过圆锥滚子轴承安装于轴套内，所述圆锥滚子轴承的端面通过轴承压盖压紧设置于轴套内。优选地，所述圆锥滚子轴承包括上圆锥滚子轴承和下圆锥滚子轴承，所述上、下圆锥滚子轴承之间通过轴承定位圈定位，所述上圆锥滚子轴承、下圆锥滚子轴承的内圈同轴安装于空心主轴的外壁，所述上圆锥滚子轴承、下圆锥滚子轴承的外圈同轴安装于轴套的内壁。采用一对圆锥滚子轴承将空心主轴固定在轴套内，可使得空心主轴与轴套之间的连接更加牢固，提高力传递效果和电主轴工作性能。进一步地，空心主轴的上端设置一上端盖，空心伺服电机的空心轴的下端通过胀套同轴安装于所述上端盖内，空心轴的上端通过胀套连接空心伺服电机的转子。进一步地，锥形法兰用于连接声学组件与空心主轴，锥形法兰的上端外锥面与空心主轴下端的内锥面配合，并通过螺栓将锥形法兰与空心主轴压紧。进一步地，所述锥形法兰的下端内环面、内圆柱面与声学组件变幅杆的节点法兰的上环面、外圆柱面配合。进一步地，所述空心轴的下端与声学组件的顶部之间设有一衬套，衬套通过压紧螺钉安装于空心主轴的内壁，弹簧探针安装于衬套内。进一步地，所述声学组件顶部的压电换能器的正极通过导线连接于安装在换能器保护罩顶部的正极触点，弹簧探针向下弹出与正极触点接触导电，弹簧探针上端通过导线连接至水银导电滑环下端的正极；压电换能器的负极导通至压紧螺钉，再通过导线连接至水银导电滑环下端的负极；水银导电滑环上端的正负极分别通过导线连接超声电源的正负极。进一步地，所述水银导电滑环外壳与安装在伺服电机转子上端的外套接触，其内轴由抱环抱紧，抱环上设有两销钉孔，与固定于接口保护罩安装板上的销钉配合。进一步地，所述电机安装板上设有与机床连接的安装孔。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：1采用空心轴伺服电机驱动，通过胀套与空心轴，驱动空心主轴旋转，传动链短，有利于提高主轴的旋转运动精度，进而提高加工精度。2采用水银导电滑环导电，相较于传统的利用碳刷传输电信号的超声切削电主轴，空间布局更紧凑，电传输更加可靠，使用寿命更长。3可安装于传统数控机床上实现超声切削加工，相较于购买整机，改装的成本低，更有利于大范围推广使用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实施例的总体结构装配图。图2是本实施例的空心主轴与轴套结构装配图。图3是本实施例的声学组件装配图。图4是本实施例的水银导电滑环及其保护装置的装配图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合附图以及具体的实施方式，对本专利技术的冷库除霜控制系统和方法进行详细地介绍说明。如图1‐4所示，本实施例的空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，包括电主轴本体和声学组件1，所述电主轴本体包括空心主轴3、轴套5、外壳8、电机安装板13和空心伺服电机14。其中，空心主轴3通过轴承安装于轴套5内，轴套5同轴安装于外壳8的下端，外壳8的上端设置电机安装板13，空心伺服电机14安装于电机安装板13。声学组件1通过锥形法兰2同轴安装于空心主轴3内。本实施例中，空心主轴3通过圆锥滚子轴承安装于轴套5内，如图2所示，所述圆锥滚子轴承通过锁紧螺母9压紧安装于空心主轴3上，且所述圆锥滚子轴承包括上圆锥滚子轴承和下圆锥滚子轴承，所述上、下圆锥滚子轴承之间通过轴承定位圈6定位，该上、下圆锥滚子轴承的内圈同轴安装于空心主轴3的外壁，外圈同轴安装于轴套5的内壁，并将所述圆锥管子轴承的端面通过轴承压盖4螺栓压紧。采用一对圆锥滚子轴承将空心主轴固定在轴套内，可使得空心主轴与轴套之间的连接更加牢固，提高力传递效果和电主轴工作性能。空心主轴3的上端设置一上端盖10，空心伺服电机14的空心轴12的下端通过胀套11同轴安装于所述上端盖10内，空心轴12的上端通过胀套11连接空心伺服电机14的转子，实现所述电主轴本体的旋转运动传递。锥形法兰2用于连接声学组件1与空心主轴3，锥形法兰2的上端外锥面与空心主轴3下端的内锥面配合，并通过螺栓将锥形法兰2与空心主轴3压紧。如此设置，可使得更换刀具时，只需松开端面的压紧螺栓，将安装有连接法兰的声学组件取出，再换上另一套安装有连接法兰的声学组件即可。本实施例中，锥形法兰2的下端内环面、内圆柱面与声学组件1变幅杆的节点法兰的上环面、外圆柱面配合，以保证锥形法兰2与声学组件1的同轴度。声学组件1顶部具有压电环能器1‐3、换能器保护罩1‐2和换能器保护罩顶部的正极触点1‐1。在空心轴12的下端与声学组件1的顶部之间设有塑料衬套21，塑料衬套21通过压紧螺钉22安装于空心主轴3的内壁，弹簧探针23安装于塑料衬套21内。弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，包括电主轴本体与声学组件，其特征在于，所述电主轴本体包括空心主轴(3)、轴套(5)、外壳(8)、电机安装板(13)和空心伺服电机(14)，其中空心主轴(3)通过轴承安装于轴套(5)内，轴套(5)同轴安装于外壳(8)的下端，外壳(8)的上端设置所述的电机安装板(13)，空心伺服电机(14)安装于电机安装板(13)；所述声学组件(1)通过锥形法兰(2)同轴安装于空心主轴(3)内。

【技术特征摘要】
1.一种空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，包括电主轴本体与声学组件，其特征在于，所述电主轴本体包括空心主轴(3)、轴套(5)、外壳(8)、电机安装板(13)和空心伺服电机(14)，其中空心主轴(3)通过轴承安装于轴套(5)内，轴套(5)同轴安装于外壳(8)的下端，外壳(8)的上端设置所述的电机安装板(13)，空心伺服电机(14)安装于电机安装板(13)；所述声学组件(1)通过锥形法兰(2)同轴安装于空心主轴(3)内。2.根据权利要求书1所述的空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，其特征在于，所述空心主轴(3)通过一对圆锥滚子轴承安装于轴套(5)内，所述圆锥滚子轴承的端面通过轴承压盖(4)压紧设置于轴套(5)内。3.根据权利要求2所述的空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，其特征在于，所述圆锥滚子轴承包括上圆锥滚子轴承和下圆锥滚子轴承，所述上圆锥滚子轴承、下圆锥滚子轴承之间通过轴承定位圈(6)定位，所述上圆锥滚子轴承、下圆锥滚子轴承的内圈同轴安装于空心主轴(3)的外壁，所述上圆锥滚子轴承、下圆锥滚子轴承的外圈同轴安装于轴套(5)的内壁。4.根据权利要求书1所述的空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，其特征在于，空心主轴(3)的上端设置一上端盖(10)，空心伺服电机(14)的空心轴(12)的下端通过胀套(11)同轴安装于所述上端盖(10)内，空心轴(12)的上端通过胀套(11)连接空心伺服电机(14)的转子。5.根据权利要求书1所述的空心伺服电机驱动的超声切削电主轴，其特征在于，锥形法兰(2)用于连接声学组件(1)与空心主轴(3)，锥形法兰(...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤沁民，胡小平，于保华，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33