超声波电主轴及其组装方法与流程

1.本发明涉及电主轴技术领域，特别是涉及一种超声波电主轴及其组装方法。


背景技术：

2.在机械加工作业的过程中导入高频的超声波振动加工机制，不仅可改善切削加工面的表面粗糙度和提高加工精度，更可降低切削阻力，增加刀具的寿命，因而逐渐地被广泛应用于难加工材料，例如蓝宝石玻璃、陶瓷、半导体、石英等。
3.将超声波振动引入主轴的加工过程中，超声波换能器需要获得稳定的高频电源才能使刀具或工具产生高频振动。在传统的电主轴中，通常通过静止的碳刷接触高速旋转的滑环，进而传导高频电源至超声波换能器。这种导电方式叫做接触导电，缺点是静止的碳刷在接触旋转的滑环时会产生摩擦磨损，工作一段时间后必须更换碳刷，而且碳刷接触不太稳定，碳刷摩擦磨损产生会污染主轴内部的碳粉，故使用时极其不方便且造成一定的维护成本。
4.因此，通过无线传输方式将超声波电源引入超声波换能器的方式应运而生。无线传输组件通常包括无线接收组件及无线发送组件，其中无线发送组件套设于拉杆外，无线接收组件位于无线发送组件下方且也套设于拉杆外，无线接收组件的无线接收线圈需要与位于超声波电主轴前端的超声波换能器电连接，而超声波换能器会随着转轴的转动而转动，因此无线接收组件也需要随着转轴的转动而转动。因此，如何将无线接收组件与转轴实现稳定的连接是急需解决的问题，同时，无线接收线圈也需要满足无线传输大功率电能的要求。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以保证无线接收组件与转轴实现稳定连接且满足无线传输大功率电能要求的超声波电主轴及其组装方法。
6.一种超声波电主轴，包括：转轴，其上端面向下开设形成有第一紧固孔；拉杆组件，包括拉杆，所述拉杆的下端穿设于所述转轴内，所述拉杆的上端伸出于所述转轴；编码器齿轮，其下端面向上开设形成有容置槽，所述容置槽的底壁开设有第一通孔，所述第一通孔的内径小于所述容置槽的内径，所述编码器齿轮通过所述第一通孔套设于所述拉杆外，所述编码器齿轮通过所述容置槽套设于所述转轴的上端，所述容置槽的底壁还开设有第二紧固孔，通过第一紧固件穿设于所述第二紧固孔与所述第一紧固孔内，以将所述编码器齿轮固定设置于所述转轴的上端，所述编码器齿轮还开设有贯穿所述上端面与下端面的第三紧固孔，所述第三紧固孔围绕于所述容置槽设置；及无线接收组件，包括无线接收环、无线接收磁芯及无线接收线圈，所述无线接收环的上端面向下开设形成有容纳槽，所述容纳槽的底壁开设有第二通孔，所述第二紧固孔通过所
述第二通孔暴露于所述无线接收环的容纳槽内，所述无线接收环的下端面向上开设有第四紧固孔，通过第二紧固件穿设于第三紧固孔与所述第四紧固孔内，以将所述编码器齿轮与所述无线接收环连接，所述无线接收线圈位于所述无线接收磁芯内，所述无线接收磁芯位于所述无线接收环的容纳槽内。
7.在其中一个实施例中，所述编码器齿轮的上端面向上突出形成有定位凸台，所述第二紧固孔向上贯穿所述定位凸台，所述定位凸台位于所述第二通孔内。
8.在其中一个实施例中，所述第二紧固孔为阶梯孔，所述第一紧固孔为螺纹孔，所述第一紧固件为螺钉，所述螺钉依次穿设于所述阶梯孔与所述螺纹孔内。
9.在其中一个实施例中，所述阶梯孔和所述螺纹孔的数量均为四个，四个所述阶梯孔均匀分布于所述编码器齿轮上，四个所述螺纹孔均匀分布于所述转轴的上端。
10.在其中一个实施例中，所述第三紧固孔包括相互连通的上孔及下孔，所述下孔还与所述容置槽相连通。
11.在其中一个实施例中，所述上孔为长条形孔，所述下孔为带倒圆角的矩形孔，所述带倒圆角的矩形孔的一侧与所述容置槽相连通。
12.在其中一个实施例中，所述编码器齿轮的外周侧设置有多个齿，所述无线接收环的外周侧开设有检测缺口，所述编码器齿轮上还开设有多个动平衡孔，所述动平衡孔沿径向延伸。
13.在其中一个实施例中，还包括轴承组件，所述轴承组件包括轴承座、轴承、轴承内环锁紧压环及轴承密封盖，所述轴承座套设于所述转轴外，所述轴承套设于所述转轴外且位于所述轴承座与所述转轴之间，所述轴承内环锁紧压环锁紧套设于所述转轴外且位于所述轴承的后端，所述轴承密封盖套设于所述转轴外且设置于所述轴承座的后端。
14.一种如上任一项所述的超声波电主轴的组装方法，包括以下步骤：将拉杆组件的下端插入转轴内；将第二紧固件依次穿设于位于编码器齿轮上的第三紧固孔与位于无线接收环上的第四紧固孔内，以将编码器齿轮与无线接收环紧固连接，第二紧固孔通过无线接收环上的第二通孔暴露于无线接收环的容纳槽内；将第一紧固件从容纳槽内依次穿设于位于编码器齿轮上的第二紧固孔与位于转轴上的第一紧固孔内，以将预先紧固连接好的无线接收环和编码器齿轮固定设置于转轴的上端；将无线接收磁芯置于无线接收环的容置槽内；将无线接收线圈置于无线接收磁芯内，并向无线接收磁芯内填充密封绝缘胶。
15.在其中一个实施例中，在步骤将第一紧固件从容纳槽内依次穿设于第二紧固孔与第一紧固孔内，以将预先紧固连接好的无线接收环和编码器齿轮固定设置于转轴的上端之前，还包括步骤将轴承组件套设于转轴外，具体包括：将轴承座、轴承套设于转轴外，且轴承位于轴承座与转轴之间；将轴承内环锁紧压环螺设于转轴外，且轴承内环锁紧压环位于轴承的后端；将轴承密封盖设置于转轴外，且轴承密封盖位于轴承座的后端。
16.上述超声波电主轴及其组装方法至少具有以下优点：组装时，将拉杆组件的下端插入转轴内，拉杆组件的上端伸出于转轴；将第二紧固件依
次穿设于位于编码器齿轮上的第三紧固孔与位于无线接收环上的第四紧固孔内，以将编码器齿轮与无线接收环紧固连接，第二紧固孔通过无线接收环上的第二通孔暴露于无线接收环的容纳槽内；然后将第一紧固件从容纳槽内依次穿设于位于编码器齿轮上的第二紧固孔与位于转轴上的第一紧固孔内，以将预先紧固连接好的无线接收环和编码器齿轮固定设置于转轴的上端；再将无线接收磁芯置于无线接收环的容置槽内，将无线接收线圈置于无线接收磁芯内，并向无线接收磁芯内填充密封绝缘胶。因此，先将编码器齿轮与无线接收环通过第二紧固件紧固连接，再将编码器齿轮与转轴之间通过第一紧固件固定连接，可以保证编码器齿轮和无线接收组件都与转轴紧固稳定连接，随转轴的转动而转动。此外，主轴内安装无线接收组件的空间尺寸有限，在主轴内安装无线接收组件的同时，需要保证无线接收组件的无线接收磁芯中用密封绝缘胶填埋的无线接收线圈的尺寸满足无线传输大功率电能的要求，无线接收线圈的尺寸过小则导致超声波电主轴性能降低，不能接收大功率电能传输，无法满足最终的超声波电主轴前端用来加工物件的刀具的大振幅。因此，本技术在固定连接无线接收环和编码器齿轮时，采用了在无线接收环底面设置第四紧固孔（螺纹孔）的方式，这样就可以从编码器齿轮的第三紧固孔处开始穿设紧固件，从而将两者固定，而无需在无线接收环的内环侧或外环侧开始穿设紧固件（这样会导致在无线接收组件上端面上开设通孔，并导致紧固件占用无线接收线圈的径向空间，导致无线接收线圈的尺寸过小不能满足无线电能传输的要求，在大功率传输时导致无线线圈烧毁的现象发生），可见，本技术的安装方式有利于增大无线接收线圈的尺寸设计，提高无线接收组件适应大功率传输无线电能的要求。
附图说明
17.图1为一实施方式中的超声波电主轴的剖视图；图2为图1的局部示意图；图3为图1所示超声波电主轴的另一剖视图；图4为图3的局部示意图；图5为图1所示超声波电主轴的又一剖视图；图6为图5的局部示意图；图7为图5的另一局部示意图。
18.图中，10、超声波电主轴；100、转轴；200、拉杆组件；300、编码器齿轮；400、无线接收组件；500、轴承组件；600、超声波换能器；700、导线；110、第一紧固孔；210、拉杆；220、碟簧；310、容置槽；320、第一通孔；330、第二紧固孔；340、第三紧固孔；410、无线接收环；420、无线接收磁芯；411、容纳槽；412、第二通孔；413、第四紧固孔；341、上孔；342、下孔；350、定位凸台；510、轴承座；520、轴承；530、轴承内环锁紧压环；540、轴承密封盖；360、穿线孔；120、穿线通道；610、正极电极片；620、负极电极片；370、容置空间；351、第一容线槽；130、走线槽。
具体实施方式
19.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。
20.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。
21.应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
22.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。
23.需要说明的是，在本文中所提到的“前端”“后端”分别指的是：在加工过程中，近加工端的为“前端”，远加工端的一端为“后端”，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而改变。所以，不应将这些或其他方位用于理解为限制性用语。本文中所提到的“上端”、“下端”是以各视图所示的方位为参考，“上端”相当于远加工端的“后端”，“下端”相当于近加工端的“前端”，“上方”相当于远加工端的“后方”，“下方”相当于近加工端的“前方”。
24.请参阅图1至图4，一实施方式中的超声波电主轴10，包括转轴100、拉杆组件200、编码器齿轮300、无线接收组件400、轴承组件500及超声波换能器600。无线接收组件400通过无线传输的方式与超声波电源电连接，并通过导线700（如图5所示）将高频信号传递给超声波换能器600。
25.请参阅图2，转轴100的上端面向下开设形成有第一紧固孔110。具体地，第一紧固孔110可以为螺纹孔，螺纹孔的数量为四个，四个螺纹孔均分分布于转轴100的上端。当然，在其他的实施方式中，第一紧固孔110的数量还可以为三个、两个等等。
26.拉杆组件200包括拉杆210和碟簧220，碟簧220套设于拉杆210外。拉杆210的下端穿设于转轴100内，拉杆210的上端伸出于转轴100。
27.编码器齿轮300设置于无线接收组件400的下方。编码器齿轮300的下端面向上开设形成有容置槽310，容置槽310的底壁开设有第一通孔320，第一通孔320的内径小于容置槽310的内径。编码器齿轮300通过第一通孔320套设于拉杆210外，编码器齿轮300通过容置槽310套设于转轴100的上端。
28.容置槽310的底壁还开设有第二紧固孔330，通过第一紧固件穿设于第二紧固孔330与第一紧固孔110内，以将编码器齿轮300固定设置于转轴100的上端。具体地，第二紧固孔330为阶梯孔，第一紧固件为螺钉。通过螺钉依次穿设于阶梯孔与螺纹孔内，以将编码器齿轮300固定设置于转轴100的上端。对应地，阶梯孔的数量也为四个，四个阶梯孔孔均匀分布于编码器齿轮300上。当然，在其他的实施方式中，第二紧固孔330的数量还可以为三个或
者两个等等。
29.请参阅图4，编码器齿轮300还开设有贯穿上端面与下端面的第三紧固孔340，第三紧固孔340围绕于容置槽310设置。具体地，第三紧固孔340的数量为三个，三个第三紧固孔340均匀分布于编码器齿轮300上。
30.无线接收组件400包括无线接收环410、无线接收磁芯420及无线接收线圈（图未示），无线接收环410的上端面向下开设形成有容纳槽411，容纳槽411的底壁开设有第二通孔412，第二紧固孔330通过第二通孔412暴露于无线接收环410的容纳槽411内，保证第一紧固件可以从容纳槽411内一次装入第二紧固孔330与第一紧固孔110内。
31.无线接收环410的下端面向上开设有第四紧固孔413，通过第二紧固件穿设于第三紧固孔340与第四紧固孔413内，以将编码器齿轮300与无线接收环410连接。对应地，第四紧固孔413的数量也为三个。第四紧固孔413可以为具有内螺纹的盲孔或通孔。第三紧固孔340包括相互连通的上孔341及下孔342，下孔342还与容置槽310相连通。例如，上孔341可以为长条形孔，下孔342为带倒圆角的矩形孔，带倒圆角的矩形孔的一侧与容置槽310相连通。长条形的上孔341可以减少其与第四紧固孔413之间的对位难度。
32.无线接收线圈位于无线接收磁芯420内，无线接收磁芯420位于无线接收环410的容纳槽411内。无线接收磁芯420与无线接收环410的内壁之间通过密封胶连接，无线接收线圈绕设于无线接收磁芯420内，然后通过绝缘密封胶填埋。无线接收线圈的两端通过导线700从无线接收环410引出。
33.进一步地，编码器齿轮300的上端面向上凸出形成有定位凸台350，第二紧固孔330向上贯穿定位凸台350，当编码器齿轮300与无线接收环410组装后，定位凸台350位于第二通孔412内。设置定位凸台350，当编码器齿轮300与无线接收环410组装时，可以提供定位，提高组装的便利性。
34.进一步地，编码器齿轮300的外周侧设置有多个齿，无线接收环410的外周侧开设有检测缺口，编码器通过检测该检测缺口的位置以及编码器齿轮300的转速和角度，可以获得转轴100的转速和角度。编码器齿轮300上还开设有多个动平衡孔，动平衡孔沿径向方向延伸。可以通过向动平衡孔内装入动平衡构件以调节动平衡。
35.请参阅图2及图4，超声波电主轴10还包括轴承组件500，轴承组件500包括轴承座510、轴承520、轴承内环锁紧压环530及轴承密封盖540，轴承520座510套设于转轴100外，轴承520套设于转轴100外且位于轴承座510与转轴100之间，轴承内环锁紧压环530锁紧套设于转轴100外且位于轴承520的后端，轴承密封盖540套设于转轴100外且设置于轴承座510的后端。
36.请参阅图5至图7，编码器齿轮300上还开设有两个穿线孔360，两个穿线孔360关于超声波电主轴10的轴线轴对称设置，穿线孔360用于供导线700穿过。编码器齿轮300用于与编码器相配合，以检测转轴100的转速与角度。具体地，两个穿线孔360开设于容置槽310的底壁上，且与第二紧固孔330错开设置。
37.转轴100沿超声波电主轴10的轴向开设有两个穿线通道120，两个穿线通道120关于超声波电主轴10的轴线轴对称设置。穿线通道120的一端与穿线孔360相连通，穿线通道120的另一端贯穿转轴100的底部。
38.超声波换能器600设置于转轴100的底部，超声波换能器600包括正极电极片610和
负极电极片620，一导线700穿过一穿线孔360及与该穿线孔360对应的一穿线通道120后与正极电极片610电连接，另一导线700穿过另一穿线孔360及与另一穿线孔360对应的另一穿线通道120后与负极电极片620电连接。即，一导线700与正极电极片610电连接，另一导线700与负极电极片620电连接。
39.由于编码器齿轮300上开设两个关于超声波电主轴10的轴线轴对称设置的穿线孔360，转轴100上沿超声波电主轴10的轴向开设有两个穿线通道120，两个穿线通道120关于超声波电主轴10的轴线轴对称设置，穿线通道120的一端与穿线孔360相连通，穿线通道120的另一端贯穿转轴100的底部，因此，一导线700穿过一穿线孔360及与该穿线孔360对应的一穿线通道120后与正极电极片610电连接，另一导线700穿过另一穿线孔360及与另一穿线孔360对应的另一穿线通道120后与负极电极片620电连接，因此两根导线700被分隔开来，即使在高速旋转的情况下也不会相互干扰相互缠绕；另外由于两个穿线孔360和两个穿线通道120都关于超声波电主轴10的轴线轴对称设置，因此可以有效避免开设供导线700穿过的孔而影响整个超声波电主轴10的动平衡，可以保证加工精度。
40.进一步地，定位凸台350伸入于第二通孔412内，因此无线接收磁芯420、第二通孔412的内侧壁及定位凸台350共同形成一容置空间370，容置空间370用于容纳导线700，允许导线700的长度可以设置的稍长一些，避免导线700容易被拉断。
41.进一步地，定位凸台350的顶面向下延伸开设有第一容线槽351，第一容线槽351与穿线孔360相连通，第一容线槽351与容置空间370相连通。因此，当导线700从无线接收环410引出后穿入编码器齿轮300的穿线孔360时，第一容线槽351可以为导线700提供避让空间，防止导线700被压扁。第一容线槽351的数量为两个，两个第一容线槽351关于超声波电主轴10的轴线轴对称的设置于定位凸台350上。
42.请参阅图7，进一步地，转轴100的底部沿超声波电主轴10的径向方向开设有走线槽130，走线槽130与穿线通道120相连通，超声波换能器600还包括壳体，壳体沿超声波电主轴10的轴向开设有过线孔，导线700从穿线通道120的底端引出至走线槽130，然后经过过线孔后与正极电极片610或负极电极片620电连接。由于穿线通道120与过线孔不是正对着，如果不开设走线槽130，导线700会被挤压在转轴100与超声波换能器600之间，容易导致导线700被压扁。而开设了走线槽130，为导线700提供走线的空间，可以有效防止导线700被压扁。
43.本发明还提供一种关于上述超声波电主轴10的组装方法，包括以下步骤：步骤s100，将拉杆组件200的下端插入转轴100内。拉杆组件200的上端伸出于转轴100。
44.步骤s200，将第二紧固件依次穿设于位于编码器齿轮300上的第三紧固孔340与位于无线接收环410上的第四紧固孔413内，以将编码器齿轮300与无线接收环410紧固连接，第二紧固孔330通过无线接收环410上的第二通孔412暴露于无线接收环410的容纳槽411内。具体地，将第二紧固件从编码器齿轮300的底部向上依次穿设于第三紧固孔340与第四紧固孔413内，以将编码器齿轮300与无线接收环410紧固连接。
45.步骤s300，将轴承520组件500套设于转轴100外。具体地，包括：步骤s310，将轴承座510、轴承520套设于转轴100外，且轴承520位于轴承座510与转轴100之间。
46.步骤s320，将轴承内环锁紧压环530螺设于转轴100外，且轴承内环锁紧压环530位
于轴承520的后端。
47.步骤s330，将轴承密封盖540设置于转轴100外，且轴承密封盖540位于轴承座510的后端。
48.需要说明的是，步骤s100、步骤s200和步骤s300之间并不限定其先后顺序，可以按照上述步骤进行，也可以按照步骤s100与步骤s200同时进行，步骤s300后进行，或者步骤s300先进行，后步骤s100和步骤s200进行。
49.步骤s400，将第一紧固件从容纳槽411内依次穿设于位于编码器齿轮300上的第二紧固孔330与位于转轴100上的第一紧固孔110内，以将预先紧固连接好的无线接收环410和编码器齿轮300固定设置于转轴100的上端。
50.步骤s500，将无线接收磁芯420置于无线接收环410的容置槽310内。
51.步骤s600，将无线接收线圈置于无线接收磁芯420内，并向无线接收磁芯420内填充密封绝缘胶。因此，避免了先将无线接收磁芯420和无线接收线圈装入无线接收环410内而导致无法装入第一紧固件至第二紧固孔330和第一紧固孔110内。
52.组装时，将拉杆组件200的下端插入转轴100内，拉杆组件200的上端伸出于转轴100；将第二紧固件依次穿设于位于编码器齿轮300上的第三紧固孔340与位于无线接收环410上的第四紧固孔413内，以将编码器齿轮300与无线接收环410紧固连接，第二紧固孔330通过无线接收环410上的第二通孔412暴露于无线接收环410的容纳槽411内；然后将第一紧固件从容纳槽411内依次穿设于位于编码器齿轮300上的第二紧固孔330与位于转轴100上的第一紧固孔110内，以将预先紧固连接好的无线接收环410和编码器齿轮300固定设置于转轴100的上端；再将无线接收磁芯420置于无线接收环410的容置槽310内，将无线接收线圈置于无线接收磁芯420内，并向无线接收磁芯420内填充密封绝缘胶。因此，先将编码器齿轮300与无线接收环410通过第二紧固件紧固连接，再将编码器齿轮300与转轴100之间通过第一紧固件固定连接，可以保证编码器齿轮300和无线接收组件400都与转轴100紧固稳定连接，随转轴100的转动而转动。
53.此外，主轴内安装无线接收组件400的空间尺寸有限，在主轴内安装无线接收组件400的同时，需要保证无线接收组件400的无线接收磁芯420中用密封绝缘胶填埋的无线接收线圈的尺寸满足无线传输大功率电能的要求，无线接收线圈的尺寸过小则导致超声波电主轴性能降低，不能接收大功率电能传输，无法满足最终的超声波电主轴前端用来加工物件的刀具的大振幅。因此，本技术在固定连接无线接收环410和编码器齿轮300时，采用了在无线接收环410底面设置第四紧固孔（螺纹孔）的方式，这样就可以从编码器齿轮300的第三紧固孔处开始穿设紧固件，从而将两者固定，而无需在无线接收环410的内环侧或外环侧开始穿设紧固件（这样会导致在无线接收组件上端面上开设通孔，并导致紧固件占用无线接收线圈的径向空间，导致无线接收线圈的尺寸过小不能满足无线电能传输的要求，在大功率传输时导致无线线圈烧毁的现象发生），可见，本技术的安装方式有利于增大无线接收线圈的尺寸设计，提高无线接收组件适应大功率传输无线电能的要求。
54.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。
55.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。