УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ГОЛОВКА АЛМАЗНОГО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относится к оборудованию для ультразвуковой обработки и может быть использована для ультразвуковой прошивки отверстий и обработке пазов алмазным вращающимся инструментом.
Известен ультразвуковой вибратор для сообщения рабочему инструменту кругового колебательного с ультразвуковой частотой движения. Вибратор содержит вращающийся многостержневой магнитострикционный преобразователь, к которому прикреплен концентратор, несущий на своем конце рабочий инструмент. Каждый стержень преобразователя снабжен индивидуальной обмоткой, запитанной от многофазного ультразвукового генератора. Для работы ультразвуковой вибратор крепят к станочному шпинделю, кинематически связанному с приводом его вращения. Для подвода питания к обмоткам вибратора используются контактные кольца и щетки. Рабочий инструмент в процессе обработки вращается и колеблется с ультразвуковой частотой, (см. авторское свидетельство СССР №150346, кл. B06B 1/08, 1962 г.).
В конструкции известного вибратора использован магнитострикционный преобразователь, для которого характерны низкий коэффициент полезного действия и значительный нагрев, для охлаждения преобразователь необходимо периодически выключать, тем самым уменьшается рабочее время обработки, что снижает производительность. За счет использования выносного двигателя привода вращения шпинделя вибратор имеет большие габаритные размеры.
Известна ультразвуковая головка, содержащая корпус, стакан с магнитострикционным преобразователем, рабочий инструмент, дополнительный стакан с котировочным приспособлением, установленный между корпусом и преобразователем, причем дополнительный стакан установлен в корпусе с возможностью продольного перемещения и упруго связанным с корпусом с помощью демпфирующего устройства, что ликвидирует нежелательную поломку инструмента, повышая тем самым качество и точность обработки.
(см. авторское свидетельство СССР №673325, кл. B06D 1/08, 1976 г.)
Недостатком головки является применение низкоэффективного магнитострикционного преобразователя (КПД 30%), требующего дополнительного водяного охлаждения, что усложняет конструкцию и увеличивает ее габариты.
Известна ультразвуковая головка для размерной обработки, содержащая последовательно установленные и акустически связанные между собой тыльную частотно-понижающую накладку, пьезоэлектрический преобразователь, рабочую накладку - концентратор, рабочий инструмент, закрепленный во вращающемся внутреннем корпусе, внешний неподвижный корпус, токосъемник, причем упомянутые накладки и пьезоэлектрический преобразователь размещены на центральном стержне, являющемся приводным валом вращения колебательной системы и выполненным из немагнитного материала, токосъемник выполнен в виде двух катушек индуктивности, одна из которых электрически связана с электродами пьезоэлектрического преобразователя и механически - с внутренним вращающимся корпусом, вторая катушка подключена к выходу генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты и механически жестко соединена с внешним неподвижным корпусом, при этом катушки индуктивности расположены соосно акустической оси колебательной системы со стороны тыльной частотно-понижающей накладки внутри обращенных друг к другу чашеобразных магнитопроводов, установленных с регулируемым зазором и имеющих центральные сквозные отверстия для пропуска приводного вала, (см. патент РФ №2250814, кл. B24B 1/04, 2005 г.) - наиболее близкий аналог.
-1
К недостаткам данной головки следует отнести ее значительные габариты, а также недостаточные производительность и точность обработки, обусловленные тем, что вращение колебательной системы производится на низких оборотах, не более 1000 мин, что также снижает качество обработанной поверхности.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение производительности ультразвуковой обработки, улучшение качества обработанной поверхности, а также снижение габаритных характеристик головки.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в ультразвуковой головке, содержащей корпус, шпиндель, имеющий возможность вращения посредством электродвигателя, преобразователь, имеющий возможность соединения с источником питания, закрепленный на преобразователе обрабатывающий инструмент, новым является то, что в качестве преобразователя используют пьезокерамический преобразователь, который помещен в стакан из изоляционного материала, размещенный в торцевой расточке шпинделя, смонтированного в корпусе с возможностью вращения посредством электродвигателя, ротор которого жестко посажен на хвостовик шпинделя, а статор закреплен в корпусе.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена ультразвуковая головка, осевой разрез.
Ультразвуковая головка содержит соединенный с источником питания (не показан) пьезокерамический преобразователь 1, установленный в стакане 2 из изоляционного материала. Стакан 2 размещен в торцевой расточке шпинделя 3, а преобразователь скреплен со шпинделем. В шпинделе 3 выполнено осевое отверстие (позицией не обозначено), предназначенное для прокладки проводов, связывающих преобразователь с источником (не показан). Шпиндель имеет возможность вращения от электродвигателя. Для обеспечения вращения хвостовик шпинделя по прессовой посадке соединен с ротором 4 электродвигателя, содержащего также статор 5. Использование передачи крутящего момента на шпиндель механически без зазора с помощью цилиндрической прессовой посадки снижает, прежде всего, уменьшает его износ, шум при работе, упрощает обслуживание, способствует повышению точности и качества обработки за счет отсутствия люфтов, существенного уменьшения мертвого хода, повышения резонансной частоты, снижения моментов сухого трения и других нежелательных факторов. Также использование встраиваемого электродвигателя значительно уменьшит габариты головки, следовательно, уменьшит размеры установки, на которой будет применена данная головка, это дает возможность применить ультразвуковую размерную обработка для мелких ювелирных изделий высокой точности.
Шпиндель 3 посредством подшипниковых опор 6 смонтирован в корпусе 7, в котором также смонтирован статор 5 электродвигателя.
К преобразователю крепится обрабатывающий инструмент 8.
В верхней части головки расположен щеточно-коллекторный узел 9 для обеспечения работы электродвигателя.
Ультразвуковая головка работает следующим образом.
На пьезокерамический преобразователь 1, помещенный в стакан 2 с боковыми отверстиями под провода для связи с источником питания, на щеточно-коллекторный узел подается напряжение от ультразвукового генератора, пьезокерамические пластины преобразователя, под действием электрических напряжений, изменяют свои геометрические размеры с ультразвуковой частотой в 18-22 кГц. Пьезокерамический преобразователь, в отличие от магнитострикционного, обладает высоким КПД=70-90% с относительно малыми габаритами. Регулирование частоты вращения шпинделя 3 производится с помощью частотного преобразователя (не показан). Под действием ультразвуковых колебаний обрабатывающий инструмент 8 начинается вибрировать с амплитудой 10-15 мкм (в зависимости от режима) и частотой в 18-22 кГц. С помощью вращения происходит процесс резания, а ультразвуковые колебания исполняют роль вспомогательного процесса, уменьшая шероховатость поверхности и износ инструмента.