CN116174819A - 超声波切割机主轴及超声波切割机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机床设备领域，具体涉及一种超声波切割机主轴及超声波切割机，超声波切割机主轴包括轴体和冷却单元；轴体从一端至另一端顺次设有刀具连接段、第一小径段、第二小径段和传动段，刀具连接段适于与刀具连接，刀具上设有超声振动器，用于向超声振动器供电的无线输电单元设于第一小径段和第二小径段处；传动段适于与轴承转动连接，并与驱动器传动连接，以能够实现轴体的转动；冷却单元包括包覆外壳和冷却液，包覆外壳连接在轴体的第一小径段和第二小径段处，并处于轴体与无线输电单元之间，且能够在轴体与包覆外壳之间形成适于容纳冷却液的容纳腔。本申请的超声波切割机主轴不易过热使用寿命长。

Description

超声波切割机主轴及超声波切割机

技术领域

本申请属于机床设备领域，尤其是涉及一种超声波切割机主轴，此外，还涉及一种超声波切割机。

背景技术

超声波切割设备是利用超声振动器对切削刀具施加振动，从而能够提高切削刀具的切削能力获得更快的切割速度。

现有的超声切割刀具多是长条形的刀具，并利用超声振动器对该长条形的刀具施加沿该刀具的长度方向上的往复振动，从而起到提高切削能力的效果，但是这类刀具的原理本质上是以制造更大的压强来实现切割，不适用于对一些硬度较大的，诸如陶瓷以及玻璃等材料的切割。

现有技术中，对诸如陶瓷以及玻璃等材料进行切割，通常会选用圆环形的刀具（切割盘），并通过圆环形的刀具的转动对待切割件进行磨削，以达到切割的目的，为了实现这一类的刀具的超声振动，有些技术中常采用无线输电的方式对超声振动装置进行供电，使得收电线圈和刀具以及超声振动装置能够同步转动，而输电线圈不转动，以解决利用电线输电使得刀具难以转动的问题，但是利用无线输电的形式，会使得带动刀具转动的铁质主轴出现被电磁加热的情况，且无线输电的功率越大，主轴的发热情况越严重，若是利用风冷降温，由于主轴收到了线圈的遮挡，会使得降温效果不佳。

有鉴于此，需要提供一种超声波切割机主轴及超声波切割机。

发明内容

为了改善上述的缺陷，本申请提供一种超声波切割机主轴及超声波切割机。

本申请第一方面所提供的一种超声波切割机主轴，采用如下的技术方案。

一种超声波切割机主轴，包括轴体和冷却单元；所述轴体从一端至另一端顺次设有刀具连接段、第一小径段、第二小径段和传动段，所述刀具连接段适于与刀具连接，所述刀具上设有超声振动器，用于向所述超声振动器供电的无线传电单元设于所述第一小径段和所述第二小径段处；所述传动段适于与轴承转动连接，并与驱动器传动连接，以能够实现所述轴体的转动；所述冷却单元包括包覆外壳和冷却液，所述包覆外壳连接在所述轴体上的所述第一小径段和所述第二小径段处，并处于所述轴体与所述无线传电单元之间，且能够在所述轴体与所述包覆外壳之间形成适于容纳所述冷却液的容纳腔。

通过采用上述技术方案，第一小径段、第二小径段的设计能够使得此处的轴体与无线传电单元的线圈之间的距离较大，不易产生电磁生热的现象，且冷却单元还能够以液冷的方式对此处的主轴进行降温，降温效果好，能够使得主轴不易过热，从而能够保证主轴具有较长的使用寿命。

具体地，所述第一小径段和所述第二小径段均向所述轴体的轴心处凹陷，且所述第一小径段的直径沿所述轴体的轴向先逐渐减小后逐渐增大，所述第二小径段的直径沿所述轴体的轴向先逐渐减小后逐渐增大。

通过采用上述技术方案，能够使得第一小径段和第二小径段处不易出现严重的应力集中，能够保证主轴具有较长的使用寿命。

进一步地，所述包覆外壳沿自身轴向分割为两个相同的半壳体，各所述半壳体均包括腔室段以及连接在该腔室段的两端的外壳连接段，两个所述外壳连接段中的一者适于与所述第一小径段的靠近所述刀具连接段的一侧连接，另一者适于与所述第二小径段的靠近所述传动段的一侧连接，且两个所述半壳体在与所述轴体连接后能够扣合，以形成所述容纳腔。

通过采用上述技术方案，能够便于实现冷却单元与主轴之间的装配。

进一步地，所述轴体上与两个所述外壳连接段相连接的部分沿所述轴体的轴向均布有多个螺纹孔结构，且两个所述外壳连接段上设有相匹配的连接孔，以能够与所述轴体螺接。

通过采用上述技术方案，能够便于对冷却单元进行拆解和维护，且螺纹孔结构的布置形式能够保证主轴转动的稳定性。

进一步地，所述第一小径段和所述第二小径段之间还设有大径段，在所述大径段的外周面上均布有多个螺纹孔结构，且所述腔室段上设有相匹配的连接孔，以能够与所述大径段螺接。

通过采用上述技术方案，能够保证包覆外壳在跟随主轴进行高速转动时不易出现严重的形变，出现冷却液泄漏的情况。

进一步地，两个所述半壳体之间相抵接扣合的抵接面上设有弹性密封件；各所述外壳连接段与所述轴体之间均设有密封件，且所述腔室段与所述大径段之间设有密封件。

通过采用上述技术方案，能够使得冷却液不易泄漏。

进一步地，各所述半壳体的所述腔室段上均设有一个冷却液更换口，且在两个所述半壳体相抵接扣合时，两个所述冷却液更换口处于同一个垂直于所述轴体的轴心的面上，且关于所述轴体的轴心对称设置。

通过采用上述技术方案，能够便于对冷却液进行更换，且能够保证主轴转动的稳定性。

本申请还提供一种超声波切割机，采用如下的技术方案。

一种超声波切割机，包括转动驱动组件、刀具组件、无线传电单元以及上述技术方案中所述的超声波切割机主轴；所述刀具组件连接在所述刀具连接段处，所述刀具组件包括刀具和超声振动器；所述转动驱动组件包括轴承座和驱动器，所述传动段与所述轴承座转动连接，并与所述驱动器传动连接；所述无线传电单元设于所述第一小径段和所述第二小径段处，且所述冷却单元设于所述轴体与所述无线传电单元之间，所述无线传电单元包括输电线圈和收电线圈，所述收电线圈设于所述第一小径段处，并与所述轴体同步转动，所述输电线圈设于所述第二小径段处，且所述输电线圈不跟随所述轴体转动。

通过采用上述技术方案，该超声波切割机的主轴不易出现过热的现象，使用寿命长，且其刀具能够进行超声振动，切割效果好。

进一步地，所述刀具组件还包括夹具，所述夹具与所述刀具连接段连接，所述刀具为圆环结构，并夹装于所述夹具内，所述超声振动器与所述刀具连接，并能够向所述刀具施加沿所述刀具的直径方向的往复振动，且所述超声振动器与所述收电线圈电连接。

通过采用上述技术方案，使得刀具在转动时其刀刃部分能够在靠近和远离待切割件的方向上往复移动，从而能够在刀具与待切割件之间形成有利于切削碎屑排出以及有利于润滑液进入的缝隙，从而能够使得刀具的切削能力更高，且不易出现卡刀或者刀具过热的情况。

进一步地，所述收电线圈与所述夹具连接或与所述包覆外壳连接；所述输电线圈连接在所述轴承座上。

通过采用上述技术方案，能够实现刀具的自由转动，从而能够实现切削加工。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、第一小径段、第二小径段的设计能够使得此处的轴体与无线传电单元的线圈之间的距离较大，不易产生电磁生热的现象，且冷却单元还能够以液冷的方式对此处的主轴进行降温，降温效果好，能够使得主轴不易过热，从而能够保证主轴具有较长的使用寿命；

2、超声振动器与刀具连接，并能够向刀具施加沿该刀具的直径方向的往复振动，使得刀具的刀刃部分能够在靠近和远离待切割件的方向上往复移动，从而能够在刀具与待切割件之间形成以利于切削碎屑排出以及有利于润滑液进入的缝隙，能够使得刀具的切削能力更高，且不易出现卡刀或者刀具过热的情况。

附图说明

图1是本申请的一种超声波切割机的俯视图。

图2是图1中A-A方向的剖视图。

图3是图2中B区域的放大图。

图4是本申请的一种超声波切割机的立体结构示意图。

附图标记：1、轴体；11、刀具连接段；12、第一小径段；13、第二小径段；14、传动段；15、大径段；2、冷却单元；21、包覆外壳；211、半壳体；2111、腔室段；2112、外壳连接段；2113、冷却液更换口；22、冷却液；23、弹性密封件；3、转动驱动组件；31、轴承座；32、驱动器；4、刀具组件；41、刀具；42、超声振动器；43、夹具；5、无线传电单元；51、输电线圈；52、收电线圈。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请第一方面公开了一种超声波切割机主轴。

参照图1和图2，一种超声波切割机主轴，包括轴体1和冷却单元2；具体地，轴体1从一端至另一端顺次设有刀具连接段11、第一小径段12、第二小径段13和传动段14，其中，刀具连接段11适于与刀具41连接，在刀具41上设有超声振动器42，用于向超声振动器42供电的无线传电单元5设于第一小径段12和第二小径段13处；传动段14适于与轴承转动连接，并与驱动器32传动连接，以能够实现轴体1的转动；冷却单元2具体包括包覆外壳21和冷却液22，包覆外壳21连接在轴体1上的第一小径段12和第二小径段13处，并处于轴体1与无线传电单元5之间，且能够在轴体1与包覆外壳21之间形成适于容纳冷却液22的容纳腔。

可以理解的是，主轴一般是铁质的，因此，在工作过程中，无线传电单元5的输电线圈51和收电线圈52中存在的电流将会让铁质的主轴产生磁感应加热的现象，从而会使得主轴的温度较高，而第一小径段12、第二小径段13的设计能够使得此处的轴体1与无线传电单元5的线圈之间的距离较大，不易产生电磁感应加热的现象，且冷却单元2还能够以液冷的方式对此处的主轴进行降温，降温效果好，能够使得主轴不易过热，从而能够保证主轴具有较长的使用寿命。

具体地，参照图2和图3，在本申请的超声波切割机主轴的一种实施例中，第一小径段12和第二小径段13均向轴体1的轴心处凹陷，且第一小径段12的直径以及第二小径段13的直径均是沿轴体1的轴向先逐渐减小后逐渐增大，且第一小径段12和第二小径段13沿轴体1的轴向的剖面可优选设置为凹弧面，从而能够使得第一小径段12和第二小径段13处不易出现严重的应力集中，能够保证主轴具有较长的使用寿命。

具体地，参照图3和图4，在本申请的超声波切割机主轴的一种实施例中，包覆外壳21可沿自身轴向分割为两个相同的半壳体211，各半壳体211均包括腔室段2111以及连接在该腔室段2111的两端的外壳连接段2112，两个外壳连接段2112中的一者适于与第一小径段12的靠近刀具连接段11的一侧连接，另一者适于与第二小径段13的靠近传动段14的一侧连接，且两个半壳体211在与轴体1连接后能够扣合，以形成能够将第一小径段12与第二小径段13包含在内的容纳腔，从而能够对最容易被电磁加热的第一小径段12与第二小径段13处进行液冷降温，以保证主轴的使用寿命，上述的包覆外壳21的设计能够便于实现冷却单元2与主轴之间的装配，且需要注意的是，包覆外壳21是需要与主轴进行同步转动的，因此，为了使得包覆外壳21具有足够的强度，使得转动的过程中包覆外壳21能够承受容纳腔中冷却液22的离心力，包覆外壳21优选为钢制外壳，且即使是包覆外壳21也出现了被电磁加热的情况，容纳腔中冷却液22也能够对包覆外壳21进行良好的降温，此外，在两个半壳体211之间相抵接扣合的抵接面上需要设有弹性密封件23，在外壳连接段2112与轴体1之间也需要设有相应的密封件（图中未示出），以使得冷却液22不易泄漏。

进一步地，参照图1和图4，在本申请的超声波切割机主轴的一种实施例中，轴体1上与两个外壳连接段2112相连接的部分沿轴体1的轴向均布有多个螺纹孔结构，例如6个，且两个外壳连接段2112上设有相匹配的连接孔，以能够通过螺栓与螺纹孔结构的配合，实现包覆外壳21与轴体1之间的螺接，从而便于对冷却单元2进行拆解和维护，且螺纹孔结构的布置形式能够保证主轴转动的稳定性。

进一步地，参照图2和图3，在本申请的超声波切割机主轴的一种实施例中，第一小径段12和第二小径段13之间还设有大径段15，在大径段15的外周面上均布有多个螺纹孔结构，例如6个，且在腔室段2111上设有相匹配的连接孔，以能够螺栓与螺纹孔结构的配合，实现包覆外壳21与大径段15之间的螺接，该设计能够由大径段15对包覆外壳21提供约束力，以避免包覆外壳21向远离主轴的轴心的方向移动，从而能够使得包覆外壳21不易在冷却液22的离心力的作用下发生形变，导致注重转动不稳定，以及冷却液22从容纳腔内泄漏的问题；且当包覆外壳21装配在主轴上之后，还能够借由包覆外壳21弥补第一小径段12和第二小径段13处的强度缺失，使得超声波切割机主轴整体的强度更高；可以理解的是，冷却液22可以是水或者冷却油，且在腔室段2111与大径段15之间需要设有密封件（图中未示出），以能够使得冷却液22不易泄漏。

进一步地，参照图3，在本申请的超声波切割机主轴的一种实施例中，各半壳体211的腔室段2111上均设有至少一个冷却液更换口2113，例如与第一小径段12和第二小径段13的对应处各设置一个，冷却液更换口2113可以是一个螺纹孔，以能够通过螺栓实现冷却液更换口2113的封堵以防止冷却液泄漏，且在两个半壳体211相抵接扣合时，相对应的两个冷却液更换口2113处于同一个垂直于轴体1的轴心的面上，且关于轴体1的轴心对称设置，设置两个冷却液更换口2113，且两个冷却液更换口2113关于轴体1的轴心对称设置能够使得在更换容纳腔内的冷却液22时，两个冷却液更换口2113中的一者排出冷却液22另一者方便空气进入容纳腔，以能够加快冷却液22的排出速度，从而能够加快冷却液22的更换速度，且两个冷却液更换口2113的能够使得主轴在转动时的稳定性更高。

本申请第二方面公开了一种超声波切割机，采用如下技术方案。

参照图1，一种超声波切割机，包括转动驱动组件3、刀具组件4、无线传电单元5以及上述技术方案中所述的超声波切割机主轴；其中，刀具组件4连接在刀具连接段11处，刀具组件4具体包括刀具41、超声振动器42和夹具43；转动驱动组件3包括轴承座31和驱动器32，传动段14与轴承座31转动连接，并与驱动器32传动连接，无线传电单元5设于第一小径段12和第二小径段13处，且冷却单元2设于轴体1与无线传电单元5之间。

具体地，夹具43与刀具连接段11连接，刀具41为圆环结构，并夹装于夹具43内，超声振动器42与刀具41连接，并能够向刀具41施加沿刀具41的直径方向的往复振动，以使得刀具41在转动时其刀刃部分能够在靠近和远离待切割件的方向上往复移动，从而能够在刀具41与待切割件之间形成有利于切削碎屑排出以及有利于润滑液进入的缝隙，从而能够使得刀具41的切削能力更高，且不易出现卡刀或者刀具41过热的情况；可以理解的是，超声振动器42可设为多个，并沿轴体1的轴向均匀布置，以保证轴体1转动时的稳定性。

无线传电单元5包括输电线圈51和收电线圈52，收电线圈52设于第一小径段12处，输电线圈51设于第二小径段13处，收电线圈52可以固定连接在夹具43上或包覆外壳21上，以保持与超声振动器42的同步转动，并与超声振动器42电连接，输电线圈51固定连接在轴承座31上，从而能够空套在第二小径段13处，以能够不与超声振动器42同步转动，从而能够实现刀具41的自由转动，进而能够实现切削加工。

本申请实施例的超声波切割机的实施原理为：第一小径段12、第二小径段13的设计能够使得此处的轴体1与无线传电单元5的线圈之间的距离较大，不易产生电磁生热的现象，且冷却单元2还能够以液冷的方式对此处的主轴进行降温，降温效果好，能够使得主轴不易过热，从而能够保证主轴具有较长的使用寿命。

超声振动器42与刀具41连接，并能够向刀具41施加沿该刀具41的直径方向的往复振动，使得刀具41的刀刃部分能够在靠近和远离待切割件的方向上往复移动，从而能够在刀具41与待切割件之间形成以利于切削碎屑排出以及有利于润滑液进入的缝隙，能够使得刀具41的切削能力更高，且不易出现卡刀或者刀具41过热的情况。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波切割机主轴，其特征在于，包括轴体（1）和冷却单元（2）；所述轴体（1）从一端至另一端顺次设有刀具连接段（11）、第一小径段（12）、第二小径段（13）和传动段（14），所述刀具连接段（11）适于与刀具连接，所述刀具上设有超声振动器，用于向所述超声振动器供电的无线传电单元设于所述第一小径段（12）和所述第二小径段（13）处；所述传动段（14）适于与轴承转动连接，并与驱动器传动连接，以能够实现所述轴体（1）的转动；所述冷却单元（2）包括包覆外壳（21）和冷却液（22），所述包覆外壳（21）连接在所述轴体（1）上的所述第一小径段（12）和所述第二小径段（13）处，并处于所述轴体（1）与所述无线传电单元之间，且能够在所述轴体（1）与所述包覆外壳（21）之间形成适于容纳所述冷却液（22）的容纳腔。

2.根据权利要求1所述的一种超声波切割机主轴，其特征在于：所述第一小径段（12）和所述第二小径段（13）均向所述轴体（1）的轴心处凹陷，且所述第一小径段（12）的直径沿所述轴体（1）的轴向先逐渐减小后逐渐增大，所述第二小径段（13）的直径沿所述轴体（1）的轴向先逐渐减小后逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的一种超声波切割机主轴，其特征在于：所述包覆外壳（21）沿自身轴向分割为两个相同的半壳体（211），各所述半壳体（211）均包括腔室段（2111）以及连接在该腔室段（2111）的两端的外壳连接段（2112），两个所述外壳连接段（2112）中的一者适于与所述第一小径段（12）的靠近所述刀具连接段（11）的一侧连接，另一者适于与所述第二小径段（13）的靠近所述传动段（14）的一侧连接，且两个所述半壳体（211）在与所述轴体（1）连接后能够扣合，以形成所述容纳腔。

4.根据权利要求3所述的一种超声波切割机主轴，其特征在于：所述轴体（1）上与两个所述外壳连接段（2112）相连接的部分沿所述轴体（1）的轴向均布有多个螺纹孔结构，且两个所述外壳连接段（2112）上设有相匹配的连接孔，以能够与所述轴体（1）螺接。

5.根据权利要求4所述的一种超声波切割机主轴，其特征在于：所述第一小径段（12）和所述第二小径段（13）之间还设有大径段（15），在所述大径段（15）的外周面上均布有多个螺纹孔结构，且所述腔室段（2111）上设有相匹配的连接孔，以能够与所述大径段（15）螺接。

6.根据权利要求5所述的一种超声波切割机主轴，其特征在于：两个所述半壳体（211）之间相抵接扣合的抵接面上设有弹性密封件（23）；各所述外壳连接段（2112）与所述轴体（1）之间均设有密封件，且所述腔室段（2111）与所述大径段（15）之间设有密封件。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的一种超声波切割机主轴，其特征在于：各所述半壳体（211）的所述腔室段（2111）上均设有一个冷却液更换口（2113），且在两个所述半壳体（211）相抵接扣合时，两个所述冷却液更换口（2113）处于同一个垂直于所述轴体（1）的轴心的面上，且关于所述轴体（1）的轴心对称设置。

8.一种超声波切割机，其特征在于，包括转动驱动组件（3）、刀具组件（4）、无线传电单元（5）以及权利要求1至7中任一项所述的超声波切割机主轴；所述刀具组件（4）连接在所述刀具连接段（11）处，所述刀具组件（4）包括刀具（41）和超声振动器（42）；所述转动驱动组件（3）包括轴承座（31）和驱动器（32），所述传动段（14）与所述轴承座（31）转动连接，并与所述驱动器（32）传动连接；所述无线传电单元（5）设于所述第一小径段（12）和所述第二小径段（13）处，且所述冷却单元（2）设于所述轴体（1）与所述无线传电单元（5）之间，所述无线传电单元（5）包括输电线圈（51）和收电线圈（52），所述收电线圈（52）设于所述第一小径段（12）处，并与所述轴体（1）同步转动，所述输电线圈（51）设于所述第二小径段（13）处，且所述输电线圈（51）不跟随所述轴体（1）转动。

9.根据权利要求8所述的一种超声波切割机，其特征在于：所述刀具组件（4）还包括夹具（43），所述夹具（43）与所述刀具连接段（11）连接，所述刀具（41）为圆环结构，并夹装于所述夹具（43）内，所述超声振动器（42）与所述刀具（41）连接，并能够向所述刀具（41）施加沿所述刀具（41）的直径方向的往复振动，且所述超声振动器（42）与所述收电线圈（52）电连接。

10.根据权利要求9所述的一种超声波切割机，其特征在于：所述收电线圈（52）与所述夹具（43）连接或与所述包覆外壳（21）连接；所述输电线圈（51）连接在所述轴承座（31）上。

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