本实用新型涉及一种机械加工设备，特别是一种超声波加工机床，属于特种机械 加工描述。

背景

随着超声波技术的发展，超声波在特种材料的加工方面的应用越来越多。在机械 加工机床的刀具上附加超声振动，可以实现对陶瓷、玻璃等硬脆难加工材料的复合加工。如 专利号ZL200720032813. 4、专利名称为“通用机床超声波钻铣头”的中国专利，就是在切 削机床的主轴上安装一种超声波钻铣头来实现复合加工，但是这种超声波工具是独立定制 的，对不同的零件可能需要不同形状和规格的钻铣头，超声波钻铣头作为机床的附件，仅能 实现手工换刀，无法实现高效、高精度的自动加工，所以其应用受到限制。

内容

本实用新型的目的就是提供一种超声波加工中心，在现有常规加工中心的基础上 二次设计，使玻璃、陶瓷、高温合金、碳-碳化硅复合材料等硬、脆或粘刀的难加工材料在加 工中心上实现高精度、快速、自动加工。

一种超声波加工中心，其特征是：无线发射模块封装在主轴单元的壳体上，无线 发射模块的电输入端与超声波发生器的电输出端通过电缆连接，无线接收模块封装在主轴 上，超声波换能器封装在刀柄的下方，变幅杆的一端固定在超声换能器的下端，另一端连接 刀头；主轴下端与刀柄结合部位的结合面上设置有输出电触点，输出电触点设置在主轴上 并与无线接收模块的电输出端连接，输入电触点设置在刀柄上并与超声换能器的引线连 接，主轴与刀柄连接后，主轴上的输出电触点与刀柄上的输入电触点贴合接通；无线接收模 块通过无线的方式接收无线发射模块发射的超声频震荡信号。

输出电触点与输入电触点的设置结构具体有以下几种形式：

输出电触点和输入电触点分别设置在主轴与刀柄结合的各自端面上，输出电触点 通过导线与无线接收模块的电输出端连接，在主轴上设置有导线过孔。

输出电触点设置在主轴端面上的连接刀柄和主轴的键槽底面上，通过导线与无线 接收模块的电输出端连接；输入电触点设置在刀柄上键槽端部；在键块与输出电触点和输 入电触点相配合的面上分别设置过渡弹性电触点，过渡弹性电触点在键块内部电连接。

输出电触点设置在主轴连接刀柄的锥孔圆锥面上，通过导线与无线接收模块的电 输出端连接；输入电触点设置在刀柄的圆锥面上与输出电触点相接贴合的部位。

本实用新型的优点是：由于在主轴上设置了超声波振动系统，使刀具在旋转切削 的同时对工件产生高频振动冲击，实现复合加工，可以对玻璃、陶瓷、高温合金等硬脆难加 工材料进行精细加工；在刀柄和主轴连接部分设置有电触点，使用通用的刀柄，装夹刀具方 便，可以在加工中心上实现超声波刀具的自动换刀，使超声波技术在加工中心上的得到了 充分的应用。

附图说明

图1 :本实用新型第一个实施例结构示意图；

图2 :图1中A处局部放大视图；

图3 :本实用新型电路原理图；

图4:本实用新型第二个实施例结构示意图；

图5:本实用新型第三个实施例结构示意图。

图中，1-超声波发生器；2-无线接收模块；3-无线发射模块；4-推力轴承；5-壳 体；6-主轴；7-球面轴承；8-刀柄；9-键块；10-超声波换能器；11-变幅杆；12-刀头； 13-电缆；14-导线；15-输出电触点；16-匹配电感；17-匹配电容；18-输入电触点。

实施

根据输出电触点与输入电触点的设置结构不同，本实用新型可以有多种具体实施

方式。

如图1所示为本实用新型第一个实施例结构示意图，在加工中心的机械主轴的主 轴单元上设置有超声波系统，所述超声波系统包括超声波发生器1、无线发射模块3、无线 接收模块2以及超声波换能器10、变幅杆11 ;无线发射模块3封装在主轴单元的壳体5上， 无线发射模块3是一组无线发射线圈，其电输入端与超声波发生器1的电输出端通过电缆 13电连接；壳体5固定安装在床身上，为静止件，在壳体5上设置有电缆13的通过孔；电缆 13的一端与超声波发生器1的输出端连接，电缆13的另一端与无线发射模块3的线圈输 入端连接；超声波发生器1产生的超声频电震荡信号通过电缆13传递到无线发射模块3发 射；主轴6通过球面轴承7和推力轴承4与壳体5形成转动副，主轴高速旋转时不会轴向窜 动。

无线接收模块2封装在主轴6上，随主轴6转动；超声波换能器10封装在刀柄8 的下方，变幅杆11的一端通过螺纹或者焊接的方式固定在超声换能器10的下端，另一端通 过螺纹、弹簧卡头连接刀头12。

如图2所示为图1中A处局部放大视图，本实施例中，输出电触点15和输入电触 点18分别设置在主轴6与刀柄8结合的各自端面上，主轴6与刀柄8连接后，主轴6上的 输出电触点15与刀柄8上的输入电触点18贴合接通；输出电触点15通过导线14与无线 发射模块2的电输出端连接，在主轴6上设置有导线过孔，导线14的一端连接在无线发射 模块2的电输出端引线上，另一端穿过导线通过孔后连接在输出电触点15上；输入电触点 18连接在超声换能器10的引线上；输出电触点15与输入电触点18使用韧性好导电性好 的铜触点，输出电触点15与主轴6之间设置有绝缘套，输入电触点18和刀柄8之间设置有 绝缘套，在输出电触点18和输入电触点15与各自绝缘套与触点座之间设置弹簧形成弹性 触点。

通过设置定位，刀柄8安装在主轴6上后，输出电触点15与输入电触点18紧密贴 合。实际制造中，在壳体5的两端设置有端盖，端盖与壳体5的端面用螺钉连接，在端盖上 有主轴6的通过孔。

如图3所示为本实用新型电路原理图，超声波发生器1产生的超声频电震荡信号，通过电缆13传输到无线发射模块3,无线发射模块3以无线的方式把超声频电震荡信号发 射出去；无线接收模块2是由匹配电容17和匹配电感16构成的无线接收电路，通过电磁 共振的方式来接收无线发射模块3发射的电磁波，把接收到的超声频电震荡信号传输到超 声波换能器10,超声换能器10的作用是将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动；无线 接收模块2的匹配电容17、匹配电感16和超声换能器10接收无线发射模块3发射的电磁 波，并经阻抗转变驱动超声换能器10产生谐振，从而转换电能实现主轴6高速旋转时的超 声波振荡信号源与超声换能器10之间的电源传输问题。变幅杆11的作用是将超声换能器 10的振动幅度放大。超声机械振动经变幅杆11放大后传给刀头12,所以刀头12在对工件 旋转切削同时还以高频震动对工件产生连续的高频冲击，实现复合加工。

输出电触点15和输入电触点18的组合可以设置在主轴6和刀柄8结合面不同的 位置，可以有多种实施例。如图4、图5所示分别为本实用新型的第二个实施例及第三个实 施例结构示意图，除输出电触点15与输入电触点18在主轴6及刀柄8上的位置及结构不 同外，其余与第一个实施例相同。

如图4所示，在第二个实施例中，输出电触点15设置在主轴6端面上的连接刀柄 8和主轴6的键槽底面上，通过导线14与无线发射模块3的电输出端连接；输入电触点18 设置在刀柄8上键槽端部；在键块9与输出电触点15和输入电触点18相配合的面上分别 设置过渡弹性电触点，过渡弹性电触点在键块9内部电连接；键块9的弹性电触点与键块9 之间设置有绝缘套，弹性点触点为铜触点，在铜触点的下部设置有弹簧形成弹性触点，方便 接插，电接触可靠。

如图5所示，在第三个实施例中，输出电触点15设置在主轴6连接刀柄8的锥孔 表面，通过导线14与无线发射模块3的电输出端连接；输入电触点18设置在刀柄8的锥面 上与输出电触点15相接贴合的部位。

在上述三个实施例中，超声波发生器1产生20— 50kHz的电磁波，通过无线发射 模块3以无线的方式发射出去，无线接收模块2接收该电磁波，并将接收到的电磁波转换为 1100V的交流电源与匹配电感16、匹配电容17连接，实现阻抗变换，驱动超声换能器10产 生谐振，从而将电信号转变为每分钟20000— 50000次的机械振动。刀柄8可以使用通用标 准刀柄，主轴6选用BT30、JT、NT、I SO等，在刀库中配置相应的刀具，就可以实现自动换刀。