[发明专利]一种超声切削加工专用伺服电主轴

说明书

技术领域

本发明涉及伺服电主轴技术领域，具体涉及一种超声切削加工专用伺服电主轴。

背景技术

在航空航天领域，弱刚度复合材料的加工是一个难题，常用的加工方法是高速铣削，在加工过程中存在的撕裂、毛刺缺陷以及刀具磨损快、粉尘污染严重等问题。

和传统的高速铣削不同，超声切削加工的原理是在切削刀具上附加16～40kHz的高频超声振动，以刀具的切削运动和超声振动的复合作用切断/去除材料。超声切削加工复合材料时可采用直刃尖刀和圆片刀两种刀具。和传统高速切削加工相比，超声切削加工可极大减小切削力，降低切削温度，有效避免工件变形和加工缺陷，保证加工质量。加工效率高，无加工粉尘。超声切削加工还能有效减小切削刀具的磨损，提高刀具寿命。

A/C双摆头和伺服电主轴是五轴联动超声切削加工机床上的关键功能部件。伺服电主轴夹持超声振动装置的锥柄套，刀具安装在超声振动装置的最下端的螺纹孔内，伺服电主轴为刀具提供连续扭矩，使圆片刀具做高速回转运动实现切削，或者在低速回转时精确控制直刃尖刀的转角实现切削。

在直刃尖刀超声切削加工复合材料时，需要实时控制刀具姿态和转角，通过旋转轴A轴和C轴控制直刃尖刀在空间的姿态；同时要求电主轴具有伺服控制功能，精确控制直刃尖刀的转角，此时要求电主轴转速小于10r/min、扭矩大于10Nm。直刃尖刀主要用于下料以及平面或单圆弧曲面的切削加工。

超声振动装置总长约400mm、其中长度约有300mm需要插入到伺服电主轴的中心孔内，并与电极炭刷接触，伺服电主轴能够给超声振动装置供电。超声振动装置的锥柄套最大外径约120mm，因此要求要求伺服主轴的中心孔最大直径为120mm左右。每种刀具需要匹配特定频率的一个超声振动装置，每台机床需要配多种刀具，满足多种不同的加工需求，因此要求机床和伺服主轴具有自动更换超声振动装置的功能。市场现有的伺服电主轴无法直接应用在超声切削加工上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超声切削加工专用伺服电主轴，其结构简单紧凑，换刀迅速可靠；能有效提高加工的效率，降低换刀的时间成本，精度和稳定性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声切削加工专用伺服电主轴，包含油封、前端轴承、后端轴承、编码器、主轴电机转子、主轴电机定子、主轴电机外壳、负电极碳刷、正电极碳刷、温度传感器、压盖、绝缘法兰、冷却喷头、气管接头、后端罩壳、后水冷接头、前水冷接头、罩壳、后端主轴转子、编码器读数头、过渡壳体、电主轴外壳、隔套、前端主轴转子、轴承压盖、拉刀机构、超声振动装置、冷却风扇和手动换刀锁死装置；所述前端轴承内圈安装在前端主轴转子上，前端轴承外圈安装在电主轴外壳底端安装孔里，所述轴承压盖通过螺钉固定安装在电主轴外壳的底面上且轴承压盖的顶端顶在前端轴承外圈的底面上，所述拉刀机构通过螺钉固定安装在前端主轴转子上，所述轴承压盖与拉刀机构之间安装有油封，所述超声振动装置安装在拉刀机构的中心孔里，所述隔套安装在前端主轴转子上且隔套底面顶在前端轴承内圈的顶面上，所述后端轴承内圈安装在前端主轴转子上且后端轴承内圈底面顶在隔套的顶面上，所述后端轴承外圈安装在电主轴外壳顶端的安装孔里，所述后端主轴转子通过螺钉固定安装在前端主轴转子的顶面上，所述编码器通过螺钉固定安装在后端主轴转子上，所述过渡壳体通过螺钉固定安装在电主轴外壳的顶端且过渡壳体的底面顶在后端轴承外圈的顶面上，所述编码器读数头通过螺钉固定安装在过渡壳体中心孔里且与编码器正对，所述主轴电机外壳通过螺钉固定安装在过渡外壳的顶端，所述主轴电机转子安装在后端主轴转子上且靠近后端主轴转子的顶端，所述压盖通过螺钉固定安装在后端主轴转子和主轴电机转子上，所述主轴电机定子安装在主轴电机外壳的中心安装孔里，所述主轴电机外壳中心孔里设有螺旋凹槽，所述罩壳通过螺钉固定安装在电主轴外壳上，所述后水冷接头和前水冷接头都安装在主轴电机外壳上且都与主轴电机外壳上的螺旋凹槽相通，所述手动换刀锁死装置安装在电主轴外壳的外表面上，所述罩壳上安装有冷却风扇，所述绝缘法兰安装在主轴电机外壳顶端，所述冷却喷头通过螺钉固定安装在绝缘法兰的底部且位于后端主轴转子中心孔内，所述后端罩壳通过螺钉固定安装在绝缘法兰上且后端罩壳罩在罩壳上，所述正电极碳刷安装在绝缘法兰的中心安装孔里，所述负电极碳刷和温度传感器都安装在绝缘法兰的安装孔里，所述绝缘法兰的径向安装孔里安装有气管接头。