具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴制造技术

本发明专利技术公开了具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，属于数控机床及周边配套部件技术领域，其包括：同轴心设置的中空轴芯和主轴外壳，主轴外壳套设在中空轴芯外侧；中空轴芯与主轴外壳转动连接；中空轴芯的一端套设有主轴转子，另一端套设有超声信号发生转子，超声信号发生转子外侧套设有超声信号发生定子；主轴外壳内壁上设置有与超声信号发生定子电连接的定子极对数开关；中空轴芯远离主轴转子一端的空腔内设有声电转换装置，与超声信号发生定子电连接。本发明专利技术自身能够产生超声波电信号，不再通过电力电子器件进行整流逆变转换，并且可以通过机床自身的控制面板实现非超声振动加工模式和超声振动加工模式的自由切换。

【技术实现步骤摘要】
具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴
本专利技术属于数控机床及周边配套部件
，特别是涉及一种具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴。
技术介绍
电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，电主轴与直线电机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代。超声振动加工技术可以大幅度降低切削力，减少烧伤、变形、残余应力等缺陷，提高进给速度，从而提高产品质量。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。超声振动加工技术非常适合加工蓝宝石、玻璃、陶瓷、半导体等硬脆材料。但是，现有的超声振动电主轴存在以下问题：(1)超声振动电主轴不具有产生超声波电信号的功能，需要在加工现场搭建独立的超声电源系统，使得超声波电信号的控制不能通过机床自身控制面板调节，且加工现场导线比较凌乱，增加了生产安全隐患。(2)超声波换能器必须获得稳定的高质量超声波电信号才能使刀具稳定振动，保证加工质量，目前无论是通过采用静止的碳刷接触高速旋转的铜银滑环，进而将外部超声电源的高频电信号传导至换能器的接触导电方式，还是通过配置电磁感应线圈将超声电源的原边高频电信号传送至副边的换能器的非接触导电方式，加工时均有不同程度的局限，使用不方便且造成一定的维护成本。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案：具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，包括：同轴心设置的中空轴芯和主轴外壳，所述主轴外壳套设在所述中空轴芯外侧；所述中空轴芯与所述主轴外壳转动连接；所述中空轴芯的一端外侧套设有主轴转子，另一端外侧套设有超声信号发生转子，所述超声信号发生转子外侧对应套设有超声信号发生定子，所述超声信号发生定子与所述主轴外壳内壁固定连接；所述主轴外壳内壁上设置有与所述超声信号发生定子电连接的定子极对数开关，所述定子极对数开关用于调整所述超声信号发生定子投入运行的极对数；所述中空轴芯远离所述主轴转子一端的空腔内设有声电转换装置，所述声电转换装置与所述超声信号发生定子电连接，所述声电转换装置将所述超声信号发生定子产生的超声频电信号进行转换，使所述声电转换装置工作在谐振状态，实现超声振动加工。进一步地，所述主轴转子外侧套设有主轴定子，所述主轴定子固定连接于所述主轴外壳内壁，所述主轴转子与所述主轴定子间隙配合。进一步地，所述主轴定子与所述主轴转子之间的配合间隙形成第一气隙，所述第一气隙为所述主轴转子与所述主轴定子的冷却气道；所述中空轴芯上设置有其空腔与所述第一气隙连通的第一气道通孔。进一步地，所述超声信号发生转子与所述超声信号发生定子为间隙配合；所述超声信号发生转子与所述超声信号发生定子的配合间隙形成第二气隙，所述第二气隙的宽度为1-2.5mm；所述第二气隙为所述超声信号发生转子和所述超声信号发生定子的冷却气道；所述中空轴芯上设置有其空腔与所述第二气隙连通的第二气道通孔。进一步地，所述主轴外壳靠近所述主轴定子的一端设置有与其固定连接的端盖，所述端盖设置有与所述中空轴芯的空腔连通的强制风冷进气口以及若干与所述第一气隙连通的电主轴定转子气道出气口。进一步地，所述主轴外壳靠近所述超声信号发生定子的一端设置有与其固定连接的后盖板，所述后盖板设置有若干与所述第二气隙连通的信号发生定转子气道出气口。进一步地，所述主轴外壳上设置有若干外壳冷却腔，所述外壳冷却腔用于冷却所述主轴外壳和所述主轴定子。进一步地，所述声电转换装置包括自上之下依次设置的信号处理电路模块、夹紧装置、超声刀柄、变幅杆和压帽；其中，所述信号处理电路模块与所述夹紧装置均卡接固定连接于所述中空轴芯的空腔内壁；所述信号处理电路模块与所述夹紧装置电连接；所述超声刀柄的一端与所述夹紧装置气动压紧配合连接，所述超声刀柄的另一端为中空结构，其内部设置有换能器；所述超声刀柄与所述换能器通过所述变幅杆连接；所述压帽与所述变幅杆螺纹相连；所述信号处理电路模块与所述超声信号发生转子电连接。进一步地，所述信号处理电路模块与所述超声信号发生定子之间通过导线连接，所述信号处理电路模块对所述超声信号发生转子产生的超声频电信号进行调制，并以电压与电流的相位差作为阻抗匹配依据，当所述相位差等于或趋于零时，实现所述换能器的阻抗匹配，使所述换能器工作在谐振状态。本专利技术有益效果：1、本专利技术提供的超声振动电主轴自身能够产生超声波电信号，不再通过电力电子器件进行整流逆变转换，电路得到简化，同时减少了大量外围电能转换设备，并且可以通过机床自身的控制面板实现非超声振动加工模式和超声振动加工模式的自由切换，当电主轴处于超声振动加工模式时，能够对振动频率进行调整。2、采用导线直连的方式将电主轴自身产生的超声波电信号直接传输到换能器，可有效地避免传统滑环接触导电或无线接触导电方式的声电转换效率低且稳定性差的缺点。附图说明图1为本专利技术的超声振动电主轴整体结构示意图；图2为超声信号发生定转子截面示意图；图3为夹紧装置与刀柄部位的信号转接插头与接口连接剖视图其中，1、主轴定子；2、主轴转子；3、中空轴芯；4、外壳冷却腔；5、主轴外壳；6、电源接口；7、中段轴承；8、超声信号发生定子；9、超声信号发生转子；10、定子极对数开关；11、后盖板螺栓；12、后盖板；13、信号发生定转子气道出气口；14、超声刀柄；15、换能器；16、压帽；17、变幅杆；18、后端轴承；19、超声刀柄夹紧接口；191、信号转接插头；20、夹紧装置；201、信号转接接口；21、信号处理电路模块；22、布线通孔；23、第一气道通孔；24、前端轴承；25、端盖螺栓；26、电主轴定转子气道出气口；27、端盖；28、强制风冷进气口；29、第二气隙；30、导线。具体实施方式实施例1具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，包括：同轴心设置的中空轴芯3和主轴外壳5，主轴外壳5套设在中空轴芯3外侧；中空轴芯3与主轴外壳5转动连接。在本实施例中，中空轴芯3通过端盖螺栓25、端盖27、前端轴承24、中段轴承7、后端轴承18、后盖板螺栓11和后盖板12转动连接于主轴外壳5内腔。端盖27通过端盖螺栓25固定连接在主轴外壳5靠近主轴定子1的一端，后盖板12通过后盖板螺栓11固定连接在主轴外壳5靠近超声信号发生定子8的一端。中空轴芯3的一端套设有主轴转子2，主轴转子2与中空轴芯3固定连接；主轴转子2外侧套设有主轴定子1，主轴定子1固定连接于主轴外壳5内壁，主轴转子2与主轴定子1间隙配合。其中，主轴定子1与主轴转子2之间的配合间隙形成第一气隙，第一气隙为主轴转子2与主轴定子1冷却气道；中空轴芯3上设置有其空腔与第一气隙连通的第一气道通孔23。中空轴芯3的另一端套设有超声信号发生转子9，超声信号发生转子9与中空轴芯3固定连接。超声信号发生转子9外侧套设有超声信号发生定子8，超声信号发生定子8与主轴外壳5内壁固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，其特征在于，包括：同轴心设置的中空轴芯和主轴外壳，所述主轴外壳套设在所述中空轴芯外侧；所述中空轴芯与所述主轴外壳转动连接；所述中空轴芯的一端外侧套设有主轴转子，另一端外侧套设有超声信号发生转子，所述超声信号发生转子外侧对应套设有超声信号发生定子，所述超声信号发生定子与所述主轴外壳内壁固定连接；所述主轴外壳内壁上设置有与所述超声信号发生定子电连接的定子极对数开关，所述定子极对数开关用于调整所述超声信号发生定子投入运行的极对数；所述中空轴芯远离所述主轴转子一端的空腔内设有声电转换装置，所述声电转换装置与所述超声信号发生定子电连接，所述声电转换装置将所述超声信号发生定子产生的超声频电信号进行转换，使所述声电转换装置工作在谐振状态，实现超声振动加工。/n

【技术特征摘要】
1.具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，其特征在于，包括：同轴心设置的中空轴芯和主轴外壳，所述主轴外壳套设在所述中空轴芯外侧；所述中空轴芯与所述主轴外壳转动连接；所述中空轴芯的一端外侧套设有主轴转子，另一端外侧套设有超声信号发生转子，所述超声信号发生转子外侧对应套设有超声信号发生定子，所述超声信号发生定子与所述主轴外壳内壁固定连接；所述主轴外壳内壁上设置有与所述超声信号发生定子电连接的定子极对数开关，所述定子极对数开关用于调整所述超声信号发生定子投入运行的极对数；所述中空轴芯远离所述主轴转子一端的空腔内设有声电转换装置，所述声电转换装置与所述超声信号发生定子电连接，所述声电转换装置将所述超声信号发生定子产生的超声频电信号进行转换，使所述声电转换装置工作在谐振状态，实现超声振动加工。


2.根据权利要求1所述的具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，其特征在于，所述主轴转子外侧套设有主轴定子，所述主轴定子固定连接于所述主轴外壳内壁，所述主轴转子与所述主轴定子间隙配合。


3.根据权利要求2所述的具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，其特征在于，所述主轴定子与所述主轴转子之间的配合间隙形成第一气隙，所述第一气隙为所述主轴转子与所述主轴定子的冷却气道；所述中空轴芯上设置有其空腔与所述第一气隙连通的第一气道通孔。


4.根据权利要求3所述的具有自发生超声波电信号且频率可调的超声振动电主轴，其特征在于，所述超声信号发生转子与所述超声信号发生定子为间隙配合；所述超声信号发生转子与所述超声信号发生定子的配合间隙形成第二气隙，所述第二气隙的宽度为1-2.5mm；所述第二气隙为所述超声信号发生转子和所述超声信号发生定子的冷却气道；所述中空轴芯上设置有其空腔与所述第二气隙连通的第二气道通孔。

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【专利技术属性】
技术研发人员：高国富，张宽，袁照杰，王毅，夏子文，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41