超声波加工机中的主轴结构和使用在该结构中的支承喇叭.pdf

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摘要
申请专利号:

CN02127820.2

申请日:

2002.07.31

公开号:

CN1416998A

公开日:

2003.05.14

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

B23P17/00

主分类号:

B23P17/00

申请人:

株式会社岳将;

发明人:

岳义弘; 川波昌义

地址:

日本福冈县

优先权:

2001.11.07 JP 342391/2001

专利代理机构:

上海专利商标事务所

代理人:

顾峻峰

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内容摘要

本发明提供一种超声波加工机的主轴结构,它可减少装配步骤的数量,并减少加工过程期间由于超声波渗漏所生成的热量。主轴结构包括:一容纳形成在旋转驱动的主轴主体中的主体套筒中的超声波振动器;一连接在超声波振动器上的支承喇叭,其中支承喇叭包括:一主体;一以突边形状形成在主体的外周面上的基部;一弹性圆柱形减震套筒,通过沿轴线方向延伸基部的外周缘可形成减震套筒;形成在减震套筒两端的一未紧固凸缘和一固定凸缘;以及形成在基部外周面上的一缓冲槽,其中将支承喇叭的未紧固凸缘设置在超声波振动器的一侧,并使之处在未紧固凸缘可滑动到并接触主体套筒的内周面的状态下,以及在沿轴线方向限制固定凸缘的状态下将其安装在主体套筒上。

权利要求书

1.一种超声波加工机的主轴结构,它包括:一主轴主体,所述主轴主体可围
绕其轴线旋转驱动;一超声波振动器,所述超声波振动器容纳形成在主轴主体中的
圆柱形主体套筒中;以及一支承喇叭,所述支承喇叭连接在主体套筒中的超声波振
动器上,其中,
所述支承喇叭包括:一主体,所述主体共轴连接在所述超声波振动器上;一
基部,所述基部以突边形状形成在所述主体的外周面上;一弹性圆柱形减震套筒,
通过沿轴线方向延伸基部的外周缘可形成所述减震套筒;一未紧固凸缘,所述未紧
固凸缘形成在所述减震套筒的一端上;一固定凸缘,所述固定凸缘形成在所述减震
套筒的另一端上;以及一间隙部分,所述间隙部分沿其圆周方向形成在所述基部的
外周面上,
将所述支承喇叭的所述未紧固凸缘设置在超声波振动器的一侧,并使之处在
未紧固凸缘可滑动到并接触所述主体套筒的内周面的状态下,以及在沿轴线方向限
制固定凸缘的状态下将所述固定凸缘安装在主体套筒上。
2.如权利要求1所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,所述支承喇
叭的所述间隙部分是在所述基部的外周面上沿圆周方向延伸的缓冲槽。
3.如权利要求1所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,将所述支承
喇叭的主体沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/2,将所述支承喇叭的减
震套筒沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/4以内,在所述主体的中间位
置沿轴线方向以及在所述减震套筒的中间位置沿轴线方向形成所述基部。
4.如权利要求2所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,将所述支承
喇叭的主体沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/2,将所述支承喇叭的减
震套筒沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/4以内,在所述主体的中间位
置沿轴线方向以及在所述减震套筒的中间位置沿轴线方向形成所述基部。
5.如权利要求2所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,将所述缓冲
槽的宽度设为施加的超声波波长的0.1%至3%。
6.如权利要求1所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,所述支承喇
叭的所述主体具有一使所述主体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主
体的轴线方向连续或间断变化的部分。
7.如权利要求2所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,所述支承喇
叭的所述主体具有一使所述主体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主
体的轴线方向连续或间断变化的部分。
8.如权利要求3所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,所述支承喇
叭的所述主体具有一使所述主体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主
体的轴线方向连续或间断变化的部分。
9.如权利要求4所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,所述支承喇
叭的所述主体具有一使所述主体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主
体的轴线方向连续或间断变化的部分。
10.如权利要求5所述的超声波加工机的主轴结构,其特征在于,所述支承
喇叭的所述主体具有一使所述主体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述
主体的轴线方向连续或间断变化的部分。
11.一种连接在超声波振动器上的支承喇叭,所述超声波振动器设置在超声
波加工机的主轴主体的内部,所述支承喇叭包括:
一主体,所述主体共轴连接在所述超声波振动器上;
一基部,所述基部以突边形状形成在所述主体的外周面上;
一弹性圆柱形减震套筒,通过沿轴线方向延伸所述基部的外周缘部分可形成
所述减震套筒;
一未紧固凸缘,所述未紧固凸缘形成在所述减震套筒的一端上;
一固定凸缘,所述固定凸缘形成所述减震套筒的另一端上;以及
一间隙部分,所述间隙部分沿圆周方向设置在所述基部的外周面上。
12.如权利要求11所述的支承喇叭,其特征在于,所述间隙部分是在所述基
部的外周面上沿圆周方向延伸的缓冲槽。
13.如权利要求11所述的支承喇叭,其特征在于,将主体沿轴线方向的长度
设为施加的超声波波长的1/2,将减震套筒沿轴线方向的长度设为施加的超声波波
长的1/4以内,在所述主体的中间位置沿轴线方向以及在所述减震套筒的中间位置
沿轴线方向形成所述基部。
14.如权利要求12所述的支承喇叭,其特征在于,将主体沿轴线方向的长度
设为施加的超声波波长的1/2,将减震套筒沿轴线方向的长度设为施加的超声波波
长的1/4以内,在所述主体的中间位置沿轴线方向以及在所述减震套筒的中间位置
沿轴线方向形成所述基部。
15.如权利要求12所述的支承喇叭,其特征在于,将所述缓冲槽的宽度设为
施加的超声波波长的0.1%至3%。
16.如权利要求11所述的支承喇叭,其特征在于,所述主体具有一使所述主
体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主体的轴线方向连续或间断变化
的部分。
17.如权利要求12所述的支承喇叭,其特征在于,所述主体具有一使所述主
体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主体的轴线方向连续或间断变化
的部分。
18.如权利要求13所述的支承喇叭,其特征在于,所述主体具有一使所述主
体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主体的轴线方向连续或间断变化
的部分。
19.如权利要求14所述的支承喇叭,其特征在于,所述主体具有一使所述主
体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主体的轴线方向连续或间断变化
的部分。
20.如权利要求15所述的支承喇叭,其特征在于,所述主体具有一使所述主
体的外径在所述减震套筒的内径的范围内沿所述主体的轴线方向连续或间断变化
的部分。

说明书

超声波加工机中的主轴结构和使用在该结构中的支承喇叭

技术领域

本发明涉及超声波加工机中的主轴结构,在将超声振动施加于多种加工工具
的同时,该超声波加工机可以在工件上高精度和高效地完成磨削作业、切削作业或
类似作业。

背景技术

在例如高硬度的易碎材料、金属复合材料或类似材料等难以加工工件的精加
工领域中,将超声波加工机用作切削加工或钻孔加工装置。超声波加工机通常设有:
一主轴,该主轴由电动机旋转驱动;一超声波振动器,该超声波振动器设置成与主
轴共轴;一喇叭(horn),该喇叭与超声波振动器一体相连;以及一加工工具,例
如切削工具、磨削工具或类似工具,该加工工具安装在喇叭的尖端上,一超声波振
动系统以高刚度状态固定在其中。

在该种超声波加工机中,为了保持可进行精确加工的精确度,必须保持主轴、
超声波振动器和喇叭处于紧凑和高刚度状态的装配精度。另外,设计中最重要的目
标是使超声波振动器施加的超声波振动与轴线方向完全重合,并且将振动幅度恒定
的振动传送到加工工具。

本申请人已经研制出一种超声波加工中的主轴结构,它可以将超声波振动高
效地传送到用于切削作业或磨削作业的加工工具,而且不会在旋转轴周围晃动,并
且可以极高的精度完成切削作业或磨削作业,未经审查的日本专利公开No.
2000-254801中已经揭示了该种主轴结构。

图9是以上公开中揭示的超声波加工机的主轴结构的局部剖视图。如图9所
示,主轴结构设有:一主轴63,该主轴可围绕其轴线旋转驱动;一超声波振动器
64,该超声波振动器容纳形成在主轴63中的中空主体套筒63b中;两个支承喇叭
66、67,所述支承喇叭共轴连接于超声波振动器64并且以强制方式固定在主体套
筒63b的内周壁上;一保持件喇叭65,其近端与支承喇叭66、67共轴连接,其远
端可附连在切削工具68及类似工具上。

同样,支承喇叭66、67包括:主体66a、67a,所述主体与超声波振动器64
共轴设置;基部66c、67c,所述基部沿轴线方向一体构成在主体66a、67a的中间
部分;可弹性变形的圆柱形薄减震套筒66d、67d,所述套筒共轴地形成在主体66a、
67a周围的基部66c、67c上;以及凸缘66e、66f、67e、67f,所述凸缘沿其轴线
方向形成在减震套筒66d、67d的两端上。

这些处于互相紧密接触状态的支承喇叭66、67设置在主轴63的主体套筒63b
的内部,凸缘66e、66f、67e、67f固定安装在主体套筒63b的内周壁中。可将一
垫片构件(图中未示出)分别设置在凸缘66e与66f、66f与67e、67e与67f之间。

通过使用这种主轴结构,将从超声波振动器64传送到支承喇叭66、67的主
体66a、67a的超声波振动传送到保持件喇叭65一侧。另一方面,由于减震套筒
66d、67d缓冲了传送到主轴63的振动,因此使渗漏到主轴63的超声波振动能量
得到抑制。因而,可以使传到保持件喇叭65的振动传送率保持较高水平,同时通
过使主轴63(即主旋转轴)和保持件喇叭65保持在同一轴线上,可以明显提高加
工精度。

在图9所示的主轴结构中,必须在主体套筒63b内部设置若干构件,例如处
于互相紧密接触、其间没有任何间隙状态的支承喇叭66、67和垫片(图中未示出),
藉此沿主轴63的轴向和周向限制诸构件。另外,必须将构件装配成不会将任何应
变和集中应力引入到任何构件上。因此,在装配过程期间,必须通过观察以最大的
注意力精确地调整相应构件的位置和方位,以便在每装配一个构件时确认相邻构件
之间没有间隙。这不仅需要工人的技能和技术,而且需要大量的装配步骤。此外,
由于将多个支承喇叭(即支承喇叭66、67)设置成互相紧密接触,因此即使在小
心翼翼地装配构件时,由于构件尺寸精度的不均匀,也无法避免装配后的中心晃动,
这将导致较差的机械加工精度。

另外,由于支承喇叭66、67的凸缘66e、66f、67e、67f固定安装在主体套筒
63b的内周壁中,因此从超声波振动器64传送到支承喇叭66、67的主体66a、67a
的超声波振动将通过诸如凸缘66e、66f、67e、67f的构件渗漏到主体套筒63b而
产生热量。关于此事,由于共轴安装的构件(例如支承喇叭66、67)的总长度相
对较大,因此使发热产生的任何变形增加,并且易于使切削工具68滚动,这将导
致机械加工精度降低。

本发明的一个目的是提供一种可以减少装配步骤的数量并且提高机械加工精
度的超声波加工机的主轴结构,以及使用在该结构中的支承喇叭。

发明内容

本发明的超声波加工机的主轴结构包括:一主轴主体,该主轴主体可围绕其
轴线旋转驱动;一超声波振动器,该超声波振动器容纳在形成主轴主体中的圆柱形
主体套筒中;以及一支承喇叭,该支承喇叭连接在主体套筒中的超声波振动器上,
其中,支承喇叭包括:一主体,该主体共轴连接在超声波振动器上;一基部,该基
部以突边形状形成在所述主体的外周面上;一弹性圆柱形减震套筒,通过沿轴线方
向延伸基部的外周缘可形成该减震套筒;一未紧固凸缘,该未紧固凸缘形成在减震
套筒的一端上;一固定凸缘,该固定凸缘形成在减震套筒的另一端上;以及一间隙
部分,该间隙部分沿其圆周方向形成在基部的外周面上,将支承喇叭的未紧固凸缘
设置在超声波振动器的一侧,并使之处在未紧固凸缘可滑动到并接触主体套筒的内
周面的状态下,以及在沿轴线方向限制固定凸缘的状态下将该固定凸缘安装在主体
套筒上。这里,术语“未紧固凸缘”是指通过使凸缘的外缘部分邻接另一构件以便
只沿直径方向受到限制的凸缘,术语“固定凸缘”是指通过使与其轴线方向相交的
凸缘表面邻接另一构件以便至少沿直径方向受到限制的凸缘。术语“间隙部分”是
指中断外周面的连续性的部分,例如,形成孔、槽、狭缝或类似结构的部分。

将支承喇叭的未紧固凸缘设置在超声波振动器的一侧,并使之处在未紧固凸
缘可滑动到并接触主体套筒的内周面的状态下,以及在沿轴线方向限制固定凸缘的
状态下将其固定在主体套筒上,以便在未紧固凸缘的位置处沿直径方向限制而不是
沿轴线方向限制支承喇叭的同时,在固定凸缘的位置处沿轴线方向限制支承喇叭。
因此,将固定凸缘部分作为支点,通过支承喇叭主体自身的拉伸/收缩运动可使支
承喇叭主体沿轴线方向充分地传送超声波振动器施加的超声波振动。同样,由于间
隙部分沿圆周方向设置在支承喇叭的基部的外周面上,因此减震套筒的每个未紧固
凸缘和固定凸缘可方便地独立于支承喇叭主体进行变形,以防止施加在支承喇叭主
体上的超声波通过未紧固凸缘和固定凸缘渗漏到主体套筒。

换句话说,可将超声波振动器施加在支承喇叭上的超声波无渗漏地传送到加
工工具,藉此防止加工过程期间超声波渗漏引起的发热。这也将消除支承喇叭由于
发热而微小变形所产生的滚动,这将导致较高的加工精度。另外,由于只将固定凸
缘固定在主体套筒上,因此不需要垫片或类似装置。因此,使构件的数量减少,并
且在装配时不需要严格地调整,因而可以明显减少装配步骤的数量。此外,可以防
止从凸缘通过垫片渗漏的超声波发热。

这里,将基部的外周面上沿圆周方向延伸的缓冲槽设置成支承喇叭的间隙部
分。因而,沿圆周方向延伸的缓冲槽沿轴线方向隔开未紧固凸缘侧的减震套筒和固
定凸缘侧的减震套筒,以使减震套筒两侧可以方便地独立变形。因此,进一步增强
了防止施加在主体上的超声波渗漏到主体套筒的功能,以便在加工过程期间可明显
减少由于超声波渗漏所生成的热量。

这里,最好将支承喇叭的主体沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的
1/2,将支承喇叭的减震套筒沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/4以内,
在主体的中间位置沿轴线方向以及在减震套筒的中间位置沿轴线方向形成基部。通
过该结构,在使用施加在主体上的超声波充分振动自身的同时,支承喇叭的主体可
以将超声波传送到保持件喇叭或类似装置。因而,不仅加工过程变快,导致加工效
率提高,而且增强了防止超声波渗漏到主体套筒的功能,以便将加工过程期间由于
超声波渗漏所生成的热量抑制到最少。

此外,通过将缓冲槽的宽度设为施加的超声波波长的0.1%至3%,以便在保
持支承喇叭强度的同时展现良好的超声波传送作用和良好的防超声波渗漏作用,因
而在加工过程效率保持较高水平的同时可以实现更高的可靠性和耐用性。

通过提供一使支承喇叭的主体的外径在缓冲套筒的内径的范围内沿主体的轴
线方向连续或间断变化的部分,以便获得放大型支承喇叭或减震型支承喇叭,放大
型支承喇叭的整个主体形状是直径从超声波振动器侧向保持件喇叭侧逐渐减少,减
震型支承喇叭的整个形状是直径向保持件喇叭侧逐渐增加。在任何一种情况下,可
以展现良好的超声波传送作用和良好的防超声波渗漏作用,以便实现提高加工精度
和减少加工过程期间由于超声波渗漏所生成的热量。

然后,本发明的支承喇叭是连接在超声波振动器上的支承喇叭,该超声波振
动器设置在超声波加工机的主轴主体的内部,支承喇叭包括:一主体,该主体共轴
连接在超声波振动器上;一基部,该基部以突边形状形成在所述主体的外周面上;
一弹性圆柱形减震套筒,通过沿轴线方向延伸基部的外周缘可形成该减震套筒;一
未紧固凸缘,该未紧固凸缘形成在减震套筒的一端上;一固定凸缘,该固定凸缘形
成在减震套筒的另一端上;以及一间隙部分,该间隙部分沿圆周方向设置在基部的
外周面上。

通过将支承喇叭设置在超声波振动器的一侧上,并使之处在支承喇叭的未紧
固凸缘可滑动到并接触设置在超声波加工机的主轴主体内部的圆柱形主体套筒的
内周面的状态下,以及在沿轴线方向限制固定凸缘的状态下将支承喇叭固定在主体
套筒上,以便在未紧固凸缘的位置处沿直径方向限制而不是沿轴线方向限制支承喇
叭的同时,在固定凸缘的位置处沿轴线方向限制支承喇叭。因此,通过支承喇叭主
体自身的拉伸/收缩运动可使支承喇叭主体沿轴线方向充分地传送超声波振动器施
加的超声波振动。同样,通过提供间隙部分,可使减震套筒的每个未紧固凸缘和固
定凸缘方便地独立于支承喇叭主体进行变形,以防止施加在支承喇叭主体上的超声
波通过未紧固凸缘和固定凸缘渗漏到主体套筒。

如上所述,由于可将超声波振动器施加的超声波振动无浪费地传送到保持件
喇叭或类似装置,因此在加工过程期间可以明显减少由于超声波渗漏所生成的热
量,藉此提高加工精度。另外,由于只有固定凸缘固定在主体套筒上,因此不需要
垫片或类似装置。因此,使构件的数量减少,并且在装配时不需要严格地调整,因
而可以明显减少装配步骤的数量。此外,可以防止固定于凸缘并使其间没有任何间
隙(这在传统结构中是个问题)的垫片发热。

这里,将基部的外周面上沿圆周方向延伸的缓冲槽设置成间隙部分。因而,
沿圆周方向延伸的缓冲槽沿轴线方向隔开未紧固凸缘侧的减震套筒和固定凸缘侧
的减震套筒,以使减震套筒两侧可以方便地独立变形。因此,进一步增强了防止施
加在主体上的超声波渗漏到主体套筒的功能。

通过将支承喇叭的主体沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/2,将支
承喇叭的减震套筒沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/4以内,在主体的
中间位置沿轴线方向以及在减震套筒的中间位置沿轴线方向形成基部,在使用施加
在主体上的超声波充分振动自身的同时,支承喇叭的主体可以将超声波传送到保持
件喇叭或类似装置。因而,增强了防止超声波渗漏到主体套筒的功能。

通过将缓冲槽的宽度设置在施加的超声波波长的0.1%至3%的范围内,以便
在保持支承喇叭强度的同时展现良好的超声波传送作用和良好的防超声波渗漏作
用。

通过提供一使支承喇叭的主体的外径在缓冲套筒的内径的范围内沿主体的轴
线方向连续或间断变化的部分,以便获得放大型支承喇叭或减震型支承喇叭,放大
型支承喇叭的整个主体形状是直径从超声波振动器侧向保持件喇叭侧逐渐减少,减
震型支承喇叭的整个形状是直径向保持件喇叭侧逐渐增加。在任何一种情况下,可
以展现良好的超声波作用和良好的防超声波渗漏作用。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的超声波加工机的主轴结构的纵剖视图;

图2是在图1中的主轴主体附近的一部分主轴结构的放大剖视图;

图3A是构成图1所示的主轴结构的支承喇叭的平面图,图3B是支承喇叭的
局部剖切的侧视图;

图4A和4B是在施加超声波振动时显示支承喇叭如何变形的夸大示意图,其
中图4A示出了拉伸方式的变形,图4B示出了收缩方式的变形;

图5A和5B是构成超声波传送路径的相应构件如何变形的夸大示意图,其中
图5A示出了拉伸方式的变形,图5B示出了收缩方式的变形;

图6是本发明的又一个实施例的超声波加工机的主轴结构的纵剖视图;

图7是本发明的又一个实施例的减震型支承喇叭的轴线方向剖视图;

图8是本发明的又一个实施例的放大型支承喇叭的轴线方向剖视图;以及

图9是传统的超声波加工机的主轴结构的主要部分的纵剖视图。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施例的超声波加工机的主轴结构的纵剖视图;图2是
在图1中的主轴主体附近的一部分主轴结构的放大剖视图;图3A是构成图1所示
的主轴结构的支承喇叭的平面图;以及图3B是支承喇叭的局部剖切的侧视图;

如图1和图2所示,一驱动电动机2设置在一中空圆柱形壳体1的顶端,借
助一连接件2a连接在驱动电动机2的输出轴上的主轴主体3借助与其共轴的轴承
1a装配在壳体1中。主轴主体3设有:一杆3a,该杆的上端侧连接于连接件2a;
以及一圆柱形主体套筒3b,该套筒形成在与其共轴的杆3a的下端,其下端是敞开
的。

与连接件2a相连的杆3a的正下方设有一环形受电部3c,固定在壳体1上的
电源装置1b借助一供电刷向受电部3c传导电流。然后,将与受电部3c导通的超
声波振动器4容纳在主体套筒3b中,并且将一支承喇叭6和一保持件喇叭5共轴
地设置成互相连接在超声波振动器4的下端。

超声波振动器4具有一作为输出部分4d的下端部,该下端部可起到放大超声
波振动质点的作用。借助一导线使超声波振动器4与安装在主轴主体3的杆3a上
的环形受电部3c导通。当电源装置1b通电时,产生振动方向与轴线方向一致的
15kHz至65kHz的超声波振动。

在主轴主体3的主体套筒3b中,将超声波振动器4设置成与支承喇叭6共轴
连接,将保持件喇叭5设置成与支承喇叭6共轴连接。因而,借助支承喇叭6将输
出部分4d处产生的超声波振动传送到保持件喇叭5。

例如,支承喇叭6是由不锈钢材料制成的整体模制构成的产品。如图3所示,
支承喇叭6包括:一实心圆柱形主体6a,该主体共轴连接在超声波振动器4上;
一基部6c,该基部以突边形状形成在主体6a的外周面上;一弹性圆柱形减震套筒
6d,通过沿轴线方向延伸基部6c的外周缘可形成该减震套筒;一未紧固凸缘6e,
该未紧固凸缘形成在减震套筒6d的一端(位于超声波振动器侧的端部)上;以及
一固定凸缘6f,该固定凸缘形成在减震套筒6d的另一端上;以及一缓冲槽6g,该
缓冲槽沿圆周方向形成在基部6c的外周面上。

通过将支承喇叭6设置在超声波振动器4的一侧上,使之处在未紧固凸缘6e
的外周面邻接主体套筒3b的内周面以便沿其直径方向限制支承喇叭6的状态下,
以及通过使与轴线方向相交的固定凸缘6f的表面接触主体套筒3b的远端部分,以
便在至少沿直径方向限制固定凸缘6f的状态下将其固定在套筒3b的远端,以使固
定凸缘固定。通过这种结构,由于在未紧固凸缘的位置处沿直径方向限制而不是沿
轴线方向限制支承喇叭的同时,在固定凸缘的位置处沿轴线方向限制支承喇叭,因
此支承喇叭6的主体可以根据其固有的拉伸/收缩活动沿轴线方向有效地传送超声
波振动器4施加的超声波振动。另外,通过沿圆周方向在支承喇叭6的基部6c的
外周面上设置一用作间隙部分的缓冲槽6g,可以使缓冲套筒的每个未紧固凸缘6e
和固定凸缘6f方便地独立变形,以防止施加在主体6a上的超声波向主体套筒3b
渗漏。

换句话说,借助保持件喇叭5或类似装置将超声波振动器4施加在支承喇叭6
上的超声波不渗漏地传送到切削工具5a,藉此防止加工过程期间由于超声波渗漏
而发热。这还消除了支承喇叭或类似装置由于发热而微小变形的影响,这将提高旋
转摆动的精度,并且在高速旋转时不影响加工精度并使其提高。此外,由于在沿轴
线方向限制固定凸缘6f的状态下只有固定凸缘6f固定在主体套筒3b上,因此不
需要垫片或类似装置。因此,在装配时减少了构件的数量并且不需要严格地调整,
从而使装配步骤的数量明显减少。此外,可以防止固定于凸缘并使其间没有任何间
隙(这在传统结构中是个问题)的垫片发热。

这里,请参见图4和5,说明了当超声波振动器4的输出部分4d施加超声波
振动时,支承喇叭如何变形。图4A和4B是在施加超声波振动时显示支承喇叭如何
变形的夸大示意图,其中图4A示出了拉伸方式的变形,图4B示出了收缩方式的变
形。图5A和5B是构成超声波传送路径的相应构件如何变形的夸大示意图,其中图
5A示出了拉伸方式的变形,图5B示出了收缩方式的变形。

当超声波振动作用在支承喇叭6的轴线方向时,支承喇叭6重复图4B所示的
主体6a沿轴向缩短并沿径向伸展的变形,或者图4A所示的主体6a沿轴向拉伸并
沿径向缩短的变形。支承喇叭6的该种重复式缩短和拉伸变形被传送到连接于支承
喇叭6的下端的保持件喇叭5,保持件喇叭5也将重复与支承喇叭6一样的缩短和
拉伸变形。保持件喇叭5的缩短变形和拉伸变形之间的差异形成切削工具5a的超
声波振动的振幅。

当支承喇叭6重复图4A所示的缩短和拉伸变形时,减震套筒6d由于其较薄
厚度可方便地弹性变形,从而通过弹性变形吸收主体6a的超声波振动。也就是说,
在传送到主轴3的主体套筒3b时,由于减震套筒6d可以缓冲从超声波振动器4
传送到支承喇叭6的主体6a的超声波振动,因此可以沿保持件喇叭5的方向高效
地传送超声波振动,而且不会使超声波振动渗漏到套筒3b。

在该实施例中,如图3A和3B所示,将支承喇叭6的主体6a沿轴线方向的长
度L设为施加的超声波波长的1/2,并且在主体6a的长度L的中间位置中形成基
部6c。通过该结构,支承喇叭6的主体6a在使用施加于主体6a的超声波有效振
动自身的同时,可以将超声波传送到保持件喇叭5或类似装置,藉此加快加工过程
的速度,并且提高加工效率。

将支承喇叭6的减震套筒6d沿轴线方向的长度l设为施加的超声波波长的1/4
以内,并且在减震套筒6d的长度l的中间位置中形成基部6c。通过该结构,可使
防止施加于支承喇叭6的主体6a的超声波渗入主体套筒3b的作用增强到最高程
度,因而可将加工过程期间由于超声波渗漏所生成的热量抑制到最少。

将缓冲槽6g的宽度W设为施加的超声波波长的3%,将缓冲槽6g的深度D设
为主体6a的位置处的基部6c的外径R与主体6a的外径r之间的尺寸差的1/2。
通过该结构,在保持支承喇叭6所需强度的同时展现良好的超声波传送作用和防超
声波渗漏作用,并且在保持高度的加工过程效率的同时获得良好的可靠性和耐用
性。

图6是本发明的又一个实施例的超声波加工机的主轴结构的纵剖视图。在该
实施例中,将超声波振动器4、一支承喇叭6x和支承喇叭6设置成在超声波加工
机的主轴10的主体套筒10a中互相连接,并且将一加工工具11安装在支承喇叭6
的远端。支承喇叭6的形状和功能以及支承喇叭6与主体套筒10a的固定结构与图
1至5所示的支承喇叭6的形状和功能以及支承喇叭6与套筒3a的固定结构相似。

除了设有两个具有相同直径的未紧固凸缘6s、6t以外,支承喇叭6x具有与
支承喇叭6类似的形状和功能。在未紧固凸缘6s、6t的位置,沿直径方向限制而
不是沿轴线方向限制支承喇叭6x。

使用上述结构,在防止超声波振动渗漏到主体套筒10a的同时,可借助支承
喇叭6x和支承喇叭6将超声波振动器4施加的超声波振动有效地传送到加工工具
11。因此,可以在工件12上高速、高精度地完成切削过程,并且使加工过程期间
超声波振动系统的发热明显减少。另外,在该实施例中,由于将两个支承喇叭6x、
6设置成互相共轴连接,因此主轴结构的强度可克服从加工工具11处得到的力矩,
并因此最好用于振动器4的输出较高以及加工大量工件12时的情况。本实施例的
其它功能和作用与图1至5所示的实施例相似。

然后,请参见图7和8,将说明本发明的其它实施例的支承喇叭20和30。在
图7和8中,具有与图1至5相同的标号的部分表示具有与图1至5所示部分相同
的功能和作用的部分,其说明被省略。

图7所示的支承喇叭20设有一部分,该部分在减震套筒20d的内径20r的范
围内具有沿主体20a的轴线方向向保持件喇叭5连续增加的主体20a的外径,藉此
形成一减震型支承喇叭,其中形成直径从超声波振动器4侧向保持件喇叭5侧逐渐
增加的主体20a。与该减震型支承喇叭20一起形成的超声波加工机的主轴结构可
使超声波加工机最佳地适合工件的加工条件,以便提高加工精度。该实施例中支承
喇叭的其它功能和作用与先前提到的支承喇叭6相似。

图8所示的支承喇叭30设有一部分,该部分在减震套筒30d的内径30r的范
围内具有沿主体30a的轴线方向向保持件喇叭5连续减少的主体30a的外径,藉此
形成一放大型支承喇叭,其中形成直径从超声波振动器4侧向保持件喇叭5侧逐渐
减少的主体30a。与该放大型支承喇叭30一起形成的超声波加工机的主轴结构可
使超声波加工机最佳地适合工件的加工条件,以便提高加工精度。该实施例中支承
喇叭的其它功能和作用与先前提到的支承喇叭6相似。

根据本发明,可以获得以下优点。

(1)通过使用主轴结构,所述主轴结构包括:一主轴主体,该主轴主体可围
绕其轴线旋转驱动;一超声波振动器,该超声波振动器容纳形成在主轴主体中的圆
柱形主体套筒中;以及一支承喇叭,该支承喇叭连接在主体套筒中的超声波振动器
上,其中支承喇叭包括:一主体,该主体共轴连接在超声波振动器上;一基部,该
基部以突边形状形成在所述主体的外周面上;一弹性圆柱形减震套筒,通过沿轴线
方向延伸基部的外周缘可形成该减震套筒;一未紧固凸缘,该未紧固凸缘形成在减
震套筒的一端上;一固定凸缘,该固定凸缘形成在减震套筒的另一端上;以及一间
隙部分,该间隙部分沿其圆周方向形成在基部的外周面上,将支承喇叭的未紧固凸
缘设置在超声波振动器的一侧,并使之处在未紧固凸缘可滑动到并接触主体套筒的
内周面的状态下,以及在沿轴线方向限制固定凸缘的状态下将固定凸缘安装在主体
套筒上,以便减少主轴的装配步骤的数量,提高加工精度,并且可以减少加工过程
期间由于超声波渗漏所生成的热量。

(2)通过将基部的外周面上沿圆周方向延伸的缓冲槽设置成支承喇叭的间隙
部分,以便进一步增强防止施加在主体上的超声波渗漏到主体套筒的功能,因而在
加工过程期间可明显减少由于超声波渗漏所生成的热量。

(3)通过将支承喇叭的主体沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/2,
将支承喇叭的减震套筒沿轴线方向的长度设为施加的超声波波长的1/4以内,在主
体的中间位置沿轴线方向以及在减震套筒的中间位置沿轴线方向形成基部,以使加
工过程的速度增加,并且提高加工效率。此外,可将加工过程期间由于超声波渗漏
所生成的热量抑制到最少。

(4)通过将缓冲槽的宽度设为施加的超声波波长的0.1%至3%,以便在加
工过程效率保持较高水平的同时可以实现良好的耐用性。

(5)通过提供一使支承喇叭的主体的外径在缓冲套筒的内径的范围内沿主体
的轴线方向连续或间断变化的部分,以便获得放大型支承喇叭或减震型支承喇叭。
在任何一种情况下,可以选择最佳的加工条件,以便提高加工精度。

虽然已经示出并叙述了本发明的特定实施例,但本技术领域中的熟练人士将
想到许多变型和可替代的实施例。因此,只有所附的权利要求书才能限制本发明。

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本发明提供一种超声波加工机的主轴结构,它可减少装配步骤的数量,并减少加工过程期间由于超声波渗漏所生成的热量。主轴结构包括:一容纳形成在旋转驱动的主轴主体中的主体套筒中的超声波振动器;一连接在超声波振动器上的支承喇叭,其中支承喇叭包括:一主体;一以突边形状形成在主体的外周面上的基部;一弹性圆柱形减震套筒,通过沿轴线方向延伸基部的外周缘可形成减震套筒;形成在减震套筒两端的一未紧固凸缘和一固定凸缘;以及。

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