[发明专利]一种多向可调式复合超声辅助电火花主轴

说明书

本发明公开了一种多向可调式复合超声辅助电火花主轴，包括：顶盖、电滑环、推力滑动轴承、超声换能器、套筒、变幅杆；所述电滑环的转子部分与顶盖连接，用于传递主轴旋转运动；所述推力滑动轴承套设于电滑环底部，与电滑环的定子间隙配合，用于承受轴向推力并限制轴向移动；所述超声换能器位于推力滑动轴承的轴承座与套筒前端面之间，用于将超声波发生器输出的超声频振荡信号转换为机械能；所述变幅杆前端在位于电滑环腔体中，后端依次穿过超声换能器、套筒伸出。本发明结合纵向超声振动、水平超声振动及纵扭复合超声振动于一体，可在加工中实现多种超声振动的复合与变换，进一步提升电火花加工效率及精度。

技术领域

本发明涉及超声电火花复合加工技术领域，具体涉及一种结合纵向、水平及纵扭复合超声振动于一体的多向可调式复合超声辅助电火花主轴。

背景技术

随着航空、航天制造技术的发展，对于各类三维复杂结构和微小尺寸微细孔、轴的制造需求与日俱增，同时，在零件制造精度上提出更高要求。电火花加工作为一种非接触加工方法，在难切削材料加工、精密复杂零件制造中得到了广泛的应用，超声电火花复合加工技术在电火花加工的基础上，利用超声的空化、涡流和泵吸作用，有效加快工作液的冷却和循环，加速极间介质的消电离，明显改善加工环境，提高加工稳定性。

在电火花铣削加工领域，对工具或工件施加水平方向的超声振动可以改善工件表面质量，获得较好的表面粗糙度；对工具或工件施加竖直方向的超声振动可以加快放电通道建立时间，提高加工效率。在电火花微细孔加工领域，给工具或工件叠加纵扭复合的超声振动可以改善工作液循环状态和极间放电状态，提高被加工孔的深径比、加工稳定性、生产率和脉冲电源的利用率，并且在电极旋转的情况下，可以提高孔的尺寸精度。目前，已有的超声辅助电火花主轴基本只可以完成单一形式或者纵扭复合的超声振动，并且将水平超声振动附加于电火花主轴的案例较少，尚未有一种可在电火花加工中叠加多种超声振动的主轴装置。

发明内容

针对上述问题，本申请提供一种多向可调式复合超声辅助电火花主轴，该装置结合纵向超声振动、水平超声振动及纵扭复合超声振动于一体，可在加工中实现多种超声振动的复合与变换，进一步提升电火花加工效率及精度。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种多向可调式复合超声辅助电火花主轴，包括：顶盖、电滑环、推力滑动轴承、超声换能器、套筒、变幅杆；所述电滑环的转子部分与顶盖连接，用于传递主轴旋转运动；所述推力滑动轴承套设于电滑环底部，与电滑环的定子间隙配合，用于承受轴向推力并限制轴向移动；所述超声换能器位于推力滑动轴承的轴承座与套筒前端面之间，用于将超声波发生器输出的超声频振荡信号转换为机械能；所述变幅杆前端在位于电滑环腔体中，后端依次穿过超声换能器、套筒伸出。

进一步的，所述套筒的前端面与推力滑动轴承的外壳、轴承座之间通过螺柱连接，套筒的后端面与变幅杆的节圆端面连接。

进一步的，所述顶盖的中部开设有螺旋通孔，装配时使用定位螺柱连接顶盖与变幅杆，定位螺柱在装配完成后拆除，所述螺旋通孔的四周开设有多个沉头孔，使用六角沉头螺钉与3R夹具连接并安装于电火花机床的主轴上，顶盖的螺旋通孔和四个沉头孔的开设用于保证电火花主轴、变幅杆及工具电极的同轴度；顶盖外周使用一字螺钉与电滑环的转子部分相连接。

进一步的，所述超声换能器包括：产生纵向振动的一组圆环压电叠堆、产生水平振动的四组矩形压电叠堆、限位卡盘，其中圆环压电叠堆设于限位卡盘外周的卡台上，四片圆环压电片尺寸相同，同轴排列，相邻两个圆环压电片极性相反安装，向差角为0；其中矩形压电叠堆设于限位卡盘内的限位凹槽处，四组矩形压电叠堆尺寸相同，沿径向绕变幅杆对称分布，每组四个矩形压电片沿径向对齐排列，相邻两个矩形压电片极性相反安装，向差角为0。

进一步的，所述限位卡盘中部设有使变幅杆前段贯穿的正八边形通孔，用于传递扭矩，带动变幅杆旋转；其限位凹槽设于正八边形通孔的两组垂直对边上，用于装设四组矩形压电叠堆。