阅读说明：本技术 主轴及超声加工机构 (Main shaft and ultrasonic machining mechanism ) 是由 颜炳姜 蔡丹 邝金田 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种主轴及超声加工机构,超声加工机构包括变幅杆、夹持件、超声换能器及外壳,变幅杆的一端直接装配于装夹孔内,并通过夹持件夹紧在夹持件与旋转轴之间,超声换能器设置于夹持件上的承载部上。超声换能器将超声频电信号转换成机械能,夹持件将机械能传递给变幅杆,变幅杆将机械能放大,以使变幅杆上的工具头产生超声波振动,进行超声波加工工件。直接将变幅杆装配于装夹孔内,将超声换能器通过夹持件直接套设于旋转轴和变幅杆外,即使旋转轴上没有适配刀柄的安装结构,也能够实现超声波加工的功能。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,且可以避免对整体结构的跳动及精度产生不利影响。(The invention relates to a spindle and an ultrasonic machining mechanism, wherein the ultrasonic machining mechanism comprises an amplitude transformer, a clamping piece, an ultrasonic transducer and a shell, one end of the amplitude transformer is directly assembled in a clamping hole and clamped between the clamping piece and a rotating shaft through the clamping piece, and the ultrasonic transducer is arranged on a bearing part on the clamping piece. The ultrasonic transducer converts an ultrasonic frequency electrical signal into mechanical energy, the clamping piece transmits the mechanical energy to the amplitude transformer, and the amplitude transformer amplifies the mechanical energy so that the tool head on the amplitude transformer generates ultrasonic vibration to ultrasonically process a workpiece. The ultrasonic processing tool has the advantages that the amplitude transformer is directly assembled in the clamping hole, the ultrasonic transducer is directly sleeved outside the rotating shaft and the amplitude transformer through the clamping piece, and the ultrasonic processing function can be realized even if the rotating shaft is not provided with a mounting structure matched with the tool shank. The structure of the cutter handle is omitted, the weight is light, the structure is simple, the rotational inertia is small, high-speed processing can be realized, and the adverse effects on the jumping and the precision of the whole structure can be avoided.)

主轴及超声加工机构

技术领域

本发明涉及超声波加工技术领域，特别是涉及一种主轴及超声加工机构。

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。

发明内容

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主轴及超声加工机构。

一种超声加工机构，包括：

变幅杆，一端用于装配于主轴的旋转轴上的装夹孔内；

夹持件，用于套设于所述变幅杆与所述旋转轴外，且将所述变幅杆夹持于所述旋转轴上，所述夹持件上还设置有承载部；

超声换能器，套设于所述夹持件上且固定于所述承载部上；及

外壳，套设于所述夹持件外，以使所述超声换能器位于所述外壳与所述夹持件之间形成的空间内。

在其中一个实施例中，所述变幅杆包括装配部，所述装配部呈圆锥状，所述装配部用于装配于所述旋转轴的装夹孔内。

在其中一个实施例中，所述变幅杆还包括杆体部，所述杆体部与所述装配部相连接，所述杆体部的外周缘还凸出形成有凸台，所述凸台背向于所述旋转轴的一面用于与所述夹持件相抵。

在其中一个实施例中，所述凸台背向于所述旋转轴的一面为第一倾斜面且其外径沿远离所述装配部的方向逐渐减小，所述夹持件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，所述夹持件的外周缘还形成有第一定位部，所述外壳上形成有与所述第一定位部相配合的第二定位部。

在其中一个实施例中，所述第一定位部为定位台阶，所述第二定位部为开设于所述外壳上的定位槽，所述定位台阶与所述定位槽相配合。

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夹持件之间形成的空间内。

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夹持件上，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。

在其中一个实施例中，还包括无线接收组件，所述无线接收组件套设于所述主轴外，且位于所述外壳、所述夹持件与所述超声换能器的后端。

在其中一个实施例中，所述无线接收组件包括无线接收壳体、无线接收磁芯及无线接收线圈，所述无线接收线圈位于所述无线接收磁芯内且与所述超声换能器电连接，所述无线接收磁芯位于所述无线接收壳体内，所述无线接收壳体密封所述外壳与所述夹持件之间形成的空间。

在其中一个实施例中，还包括无线接收组件，所述无线接收组件套设于所述外壳外。

在其中一个实施例中，所述无线接收组件包括无线接收壳体、无线接收磁芯及无线接收线圈，所述无线接收线圈位于所述无线接收磁芯内且与所述超声换能器电连接，所述无线接收磁芯位于所述无线接收壳体内，所述外壳上形成有定位环，所述无线接收壳体定位于所述定位环上。

在其中一个实施例中，还包括无线接收组件，所述无线接收组件位于所述外壳的前端，且套设于所述变幅杆外，所述无线接收组件与所述变幅杆之间具有间距。

一种主轴，包括旋转轴及如上任一项所述的超声加工机构。

上述主轴及超声加工机构至少具有以下优点：

装配时，变幅杆的一端直接装配于主轴的旋转轴上的装夹孔内，并且夹持件将变幅杆通过夹持在旋转轴上，超声换能器固定于夹持件上的承载部上。工作时，超声换能器将超声频电信号转换成机械能，并通过夹持件将机械能传递给变幅杆，变幅杆将机械能放大，以使变幅杆上的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变幅杆装配于装夹孔内，将超声换能器通过夹持件直接套设于旋转轴和变幅杆外，即使旋转轴上没有适配刀柄的安装结构，也能够将变幅杆装配于旋转轴上、换能器通过夹持件套设套设于旋转轴和变幅杆外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

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明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发明。但是本发明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发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。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至图3，一实施方式中的主轴10，包括超声加工机构100、筒夹200、螺帽300及工具头400。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包括变幅杆110、夹持件120、超声换能器130及外壳140。

变幅杆110的一端用于装配于旋转轴11上的装夹孔12内。夹持件120用于套设于变幅杆110与旋转轴11外，且将变幅杆110夹持于旋转轴11上。即，变幅杆110通过夹持件120实现安装并夹紧于旋转轴11上，不再通过超声波刀柄的方式实现。夹持件120上还设置有承载部121。

超声换能器130套设于夹持件120上且固定于承载部121上。外壳140套设于夹持件120外，以使超声换能器130位于外壳140与夹持件120之间形成的空间内。定义夹持组件包括上述夹持件120及外壳140，夹持件120将变幅杆110夹紧于夹持件120与旋转轴11之间，外壳140套设于夹持件120外。

装配时，将变幅杆110的一端直接装配于旋转轴11底端面上的装夹孔12内，并且夹持件120将变幅杆110夹持在旋转轴11上，超声换能器130固定于夹持件120上的承载部121上。工作时，超声换能器130将超声频电信号转换成机械能，并通过夹持件120将机械能传递给变幅杆110，变幅杆110将机械能放大，以使变幅杆110上的工具头400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直接将变幅杆110装配于装夹孔12内，将超声换能器130通过夹持件120直接套设于旋转轴11和变幅杆110外，即使旋转轴11上没有适配刀柄的安装结构，也能够将变幅杆110装配于旋转轴11上、换能器通过夹持件120套设套设于旋转轴11和变幅杆110外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。

具体地，变幅杆110包括装配部111，装配部111呈圆锥状，对应地，装夹孔12呈圆锥状，装配部111用于装配于旋转轴11的装夹孔12内。因此，可以保证变幅杆110与装夹孔12之间适配。

进一步地，变幅杆110还包括杆体部112，杆体部112与装配部111相连接。杆体部112的外周缘还凸出形成有凸台113，凸台113背向于旋转轴11的一面用于与夹持件120相抵。即，夹持件120将变幅杆110夹紧在旋转轴11的一端时，夹持件120与凸台113背向于旋转轴11的一面相抵。

进一步地，凸台113背向于旋转轴11的一面为第一倾斜面114且其外径沿远离装配部111的方向逐渐减小，夹持件120上形成有与第一倾斜面114相配合的第二倾斜面124。相互配合的第一倾斜面114与第二倾斜面124在组装时可以起导向作用，组装好后有利于保证夹持件120与变幅杆110之间的稳定性。

进一步地，凸台113朝向于旋转轴11的一面为平面。因此，当变幅杆110装配至装夹孔12内，平面可以避免变幅杆110与旋转轴11之间产生干涉。

进一步地，夹持件120包括相连接的套接部122和夹持部123，承载部121设置于套接部122上，夹持部123用于将变幅杆110夹紧于旋转轴11的一端。例如，套接部122与夹持部123一体成型设置，承载部121与套接部122及夹持部123都一体成型设置。套接部122的内侧壁形成有内螺纹，旋转轴11的外侧壁形成有外螺纹，套接部122通过内螺纹与外螺纹相配的方式螺接于旋转轴11的底端。第二倾斜面124形成于夹持部123的内侧，且夹持部123内侧的直径沿远离旋转轴11的方向逐渐减小。

进一步地，夹持件120的外周缘还形成有第一定位部125，外壳140上形成有与第一定位部125相配合的第二定位部141。当外壳140组装好后，第一定位部125与第二定位部141相配合，有利于提高组装的便利性。例如，第一定位部125位于套接部122外，且第一定位部125位于承载部121的下方。

具体的，第一定位部125为定位台阶，第二定位部141为开设于外壳140上的定位槽，定位台阶与定位槽相配合。因此，外壳140组装好后，定位台阶与定位槽相配合，不仅可以起到定位作用，还能够提高外壳140与夹持件120之间的密封性，防止外界水汽和杂质进入。

进一步地，外壳140包括壳体142及壳板143，壳板143位于壳体142的一端，壳板143上开设有通孔，定位槽开设于通孔的侧壁上。例如，定位槽开设于壳板143的内底壁上，延长了外界水汽和杂质进入外壳140与夹持件120之间形成的空间内的行程，且形成了类似迷宫一样的结构，有利于进一步提高密封性。

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与夹持件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套设于夹持件120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。

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，且套设于变幅杆外，无线接收组件与变幅杆之间具有间距。此时，外壳的后端通过一密封盖板密封。

进一步地，变幅杆110的一端开设有套孔115，工具头400的一端夹持于筒夹200内，螺帽300将筒夹200锁紧于变幅杆110的套孔115内。

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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。