CN102009188A - 超声切削加工装置及其所用的超声变幅杆 - Google Patents

超声切削加工装置及其所用的超声变幅杆 Download PDF

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Abstract

本发明的课题是可容易地相对超声振子来谐合切削刀具刀尖的角度和高度。为此，设有超声变幅杆(4)，其包括长方体形的变幅杆体(40)、布置在与固定有刀夹(2)和超声振子(3)的面垂直的相对两面的两外侧的多个节点凸缘(41)和与变幅杆体(40)相连的多个凸缘基部(41a)，多个节点凸缘(41)和安装底座在这些接触面内的多个位置通过多个螺丝(8)被可分离地固定，变幅杆体(40)和刀夹(2)通过螺丝轴布置在超声振子(3)的振动主轴的延长线上的螺丝(7)被紧固，并且在螺丝(7)的周围设有用于确定螺丝轴位置的相互嵌合的第一凹部(42)和第一凸部(22)，而且在第一凹部(42)和第一凸部(22)的外侧设有用于确定变幅杆体(40)和刀夹(2)的相互位置的第二凹部(43)和第二凸部(23)。

Description

超声切削加工装置及其所用的超声变幅杆
技术领域
本发明涉及用于使切削刀具超声振动来进行车削和刨削等切削加工的超声切削加工装置及其所用的超声变幅杆。
背景技术
近年来，公开了使切削工具超声振动来进行车削和刨削等切削加工的装置。例如，在专利文献1中记载了这样的超声振动加工装置，它包括具有螺栓插入孔的多刃刀片、形成刀片固定部且固定有螺母的刀具(刀头)、通过多刃刀片的螺栓插入孔被拧固在该刀具的螺母上的刀片固定螺栓以及支承刀具的超声振子。
在该超声振动加工装置中，超声振子的刀具支承部的前端呈轴状突设并形成有螺纹，末端形成有反螺纹的刀具通过两个螺纹所形成的接合机构可自由拆分地连接在其上。在专利文献2中，同样也记载了超声振子上装设有切削刀片的振动切削装置。
专利文献1：日本特开平2-274401公报
专利文献2：日本特开2002-283101公报
发明内容
可是，在利用这些装置进行良好的超声振动切削时，要求刀具刀尖的振动方向与切削方向相适合，在将如上所述形成有螺纹的刀具支承部和形成有反螺纹的刀具通过由两个螺纹形成的接合机构相互接合的结构中，因接合机构的接合状况而导致刀具角度的变化，难以使刀具刀尖的角度和高度相适合。
因此，本发明的目的是提供一种超声切削加工装置及其所用的超声变幅杆，其相对超声振子可容易地使切削刀具的刀尖的角度和高度相适合。
本发明的超声切削加工装置具有装夹切削刀具的刀夹、激励超声振动的超声振子和超声变幅杆，该超声变幅杆由变幅杆体、多个节点凸缘和多个凸缘基部构成，该变幅杆体为长方体形且在相对两面上固定有该刀夹和该超声振子，所述多个节点凸缘用于将该变幅杆体固定在台座上并且配置在相对于固定有该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面的两外侧，所述多个凸缘基部位于该变幅杆体的固定有该刀夹的面和固定有该超声振子的面之间的中间位置且在相对于固定有该刀片座和该超声振子的面垂直的相对两面上被制成凸边状并且连接所述多个节点凸缘和该变幅杆体，所述多个节点凸缘和台座在这些接触面内的多个位置上通过多个紧固件被可分离地固定，该变幅杆体和该刀夹通过螺丝轴配设在该超声振子的振动主轴的延长线上的螺丝相互接合，并且在该螺丝的周围设有用于相互嵌合以确定该螺丝轴的位置的第一凹部和第一凸部，以及在该第一凹部和该第一凸部的外侧设有用于确定该变幅杆体和该刀夹的相互位置的第二凹部和第二凸部。
根据本发明的超声切削加工装置，变幅杆体的一面上固定有超声振子，在与固定有超声振子的面相对一侧的变幅杆体的面上，通过螺丝轴布置在超声振子的振动主轴的延长线上的螺丝紧固着装夹切削刀具的刀夹。在这里，通过设置在变幅杆体和刀夹上的第一凹部和第一凸部的相互嵌合，螺丝轴位置被确定，因此没有因超声振子传递的超声振动引起的螺丝轴位移，螺丝轴如常布置在超声振子的振动主轴的延长线上，超声振动被高效传递给刀夹。而且，因为在第一凹部和第一凸部的外侧设有用于确定刀夹和变幅杆体的相互位置的第二凹部和第二凸部，所以装夹在刀夹上的切削刀具相对超声振子的刀尖的角度和高度是稳定不变的。因此，在相对两面上固定有刀夹和超声振子的变幅杆体中，在与固定有刀夹和超声振子的面垂直的相对两面的两外侧的凸缘相对台座在凸缘和台座相互接触的接触面内的多个位置上通过紧固件被固定，因此相对于台座的凸缘角度与紧固件的紧固状况无关地是一定的。因此，在本发明的超声切削加工装置中，相对于台座的刀夹的角度和位置与紧固件的紧固状况无关地是一定的，可容易谐合装夹在刀夹上的切削刀具相对于超声振子的刀尖的角度和高度。
此时优选的是，该第二凹部和该第二凸部通过与该刀夹的装夹切削刀具的面相对一侧的面和该变幅杆体相接触的面来定位。在利用切削刀具的切削作业中，在朝向刀夹的装夹切削刀具的面地施力情况下，通过第二凹部和第二凸部即与装夹切削刀具的刀夹面相对一侧的面和变幅杆体相接触的面来定位和承受该力，由此能够稳定保持切削刀具相对于超声振子的刀尖的角度和高度。
本发明的超声变幅杆由长方体形的且在相对两面固定有切削刀具的刀夹和超声振子的变幅杆体、多个节点凸缘和多个凸缘基部构成，所述多个节点凸缘用于固定该变幅杆体于台座上并且配置在相对于固定该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面的两外侧，所述多个凸缘基部位于该变幅杆体的固定该刀夹的面和固定该超声振子的面之间的中间位置且在相对于固定该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面上被制成凸边形状并且将所述多个节点凸缘和该变幅杆体连起来，所述多个节点凸缘和台座在这些接触面内的多个位置上通过多个紧固件被可分离地固定，其特征是，该变幅杆体和该刀夹通过螺丝轴布置在该超声振子的振动主轴的延长线上的螺丝被紧固，并且在该螺丝的周围设有用于确定该螺丝位置的第一凹部和第一凸部，以及在该第一凹部和第一凸部的外侧设有用于确定该变幅杆体和该刀夹的相互位置的第二凹部和第二凸部。根据本发明的超声变幅杆，能获得上述的本发明超声切削加工装置。
根据下述的超声变幅杆，它由长方体形的且在相对两面固定有切削刀具的刀夹和超声振子的变幅杆体、多个节点凸缘和多个凸缘基部构成，所述多个节点凸缘用于固定该变幅杆体于台座上并且配置在相对于固定该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面的两外侧，所述多个凸缘基部位于该变幅杆体的固定该刀夹的面和固定该超声振子的面之间的中间位置上且在相对于固定该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面上被制成凸边形状并且将所述多个节点凸缘和该变幅杆体连起来，所述多个节点凸缘和台座在这些接触面内的多个位置上通过多个紧固件被可分离地固定，该超声变幅杆的特点是，该变幅杆体和该刀夹通过螺丝轴布置在该超声振子的振动主轴的延长线上的螺丝被紧固，并且在该螺丝的周围设有用于确定该螺丝位置的第一凹部和第一凸部，以及在该第一凹部和第一凸部的外侧设有用于确定该变幅杆体和该刀夹的相互位置的第二凹部和第二凸部，相对于台座的刀夹的角度和位置与紧固件的紧固状况无关地是一定的，可容易地谐合装夹在刀夹上的切削刀具相对于超声振子的刀尖的角度和高度。而且，通过设于变幅杆体和刀夹上的第一凹部和第一凸部的相互嵌合，螺丝轴的定位被确定，没有因超声振子所传递的超声振动引起的螺丝轴位移，螺丝轴如常配置在超声振子的振动主轴的延长线上，由此，超声振动被高效传给刀夹，可以通过超声振动高效地进行切削。
第二凹部和第二凸部通过与该刀夹的装夹切削刀具的面相对一侧的面和该变幅杆体相接触的面来定位，由此一来，在利用切削刀具的切削作业中，朝向装夹切削刀具的刀夹面施加的力能够通过第二凹部和第二凸部来定位和承受，因此，能够稳定保持切削刀具相对超声振子的刀尖的角度和高度。
附图说明
图1A是根据本发明的实施方式的超声切削加工装置的平面图。
图1B是图1A的正视图。
图1C是图1A的右视图。
图2A是图1A的超声切削加工装置的主要部分的放大平面图。
图2B是图2A的正视图。
图2C是图2A的右视图。
图3A是图2A的刀夹的平面图。
图3B是图3A的正视图。
图3C是图3A的右视图。
图4A是图2A的超声变幅杆的平面图。
图4B是图4A的正视图。
图4C是图4A的右视图。
图5A是图2A的安装底座的平面图。
图5B是图5A的正视图。
图5C是图5A的右视图。
附图标记一览表
1-超声切削加工装置；2-刀夹；3-超声振子；4-超声变幅杆；5-安装底座；6-刀架；7、8、9-螺丝；20-加工刀片；21-主体；22-第一凸部；23-第二凸部；24a、24b、24c、24d-刀片装夹部；25-螺丝通孔；26-贯通狭缝；30-振动主轴；40-变幅杆体；41-节点凸缘；41a-凸缘基部；42-第一凹部；43-第二凹部；44-内螺纹孔；45-贯通狭缝；46-螺丝通孔；51-内螺纹孔；53-螺丝通孔。
具体实施方式
图1A是根据本发明的实施方式的超声切削加工装置的平面图，图1B是正视图，图1C是右视图。图2A是图1A的超声切削加工装置的主要部分的放大平面图，图2B是正视图，图2C是右视图。
如图1A-图1C所示，根据本发明实施方式的超声切削加工装置1包括装夹作为切削刀具的加工刀片20的刀夹2、激励超声振动的超声振子3、将由超声振子3激励产生的超声振动传给刀夹2的超声变幅杆4、作为将超声变幅杆4安装在超声切削加工装置1的刀架6上的台座的安装底座5。
超声振子3作为这样的输出部，将例如陶瓷制的压电元件夹在正负的电极片之间并且其前端部分发挥增大超声振动振幅的功能。该超声振子通过由供电单元给电极片通电而使压电元件动作，从而在输出部激励产生以其轴线(振动主轴30)方向为振动方向的20千赫至40千赫的超声振动。在输出部激励产生的超声振动通过超声变幅杆4被传给刀夹2。
图3A是刀夹2的平面图，图3B是主视图，图3C是右视图。刀夹2是以工具钢为材料的一体成型构件。刀夹2具有长方体形主体21、与后述的超声变幅杆4的第一凹部42嵌合的圆柱形第一凸部22、与后述的超声变幅杆4的第二凹部43嵌合的长方体形第二凸部23、装夹加工刀片20的刀片装夹部24a、24b、24c和24d、供紧固在超声变幅杆4上的螺丝7插入的螺丝通孔25、贯通狭缝26。贯通狭缝26形成在包括刀夹2的轴线方向位置不变的节点位置的中央部上，防止包括该刀夹2的节点位置的中央部的相互干涉地将超声振动顺利传给加工刀片20。
第一凸部22为以与超声振子3的振动主轴30同轴的轴线为中心的圆柱形。螺丝通孔25形成在第一凸部22的中心。第一凸部22通过与超声变幅杆4的第一凹部42嵌合而使螺丝7的螺丝轴配置和定位在超声振子3的振动主轴30的延长线上。
第二凸部23用于确定后述的超声变幅杆4的变幅杆体40和刀夹2的相互位置并且配置在第一凸部22的外侧。在本实施方式中，装夹加工刀片20的刀片装夹部24a-24d设置在刀夹2的与设置第二凸部23的面相对一侧的面的四个角上，在切削加工时作用于工件W的是其中的一个刀片装夹部。第二凸部23通过与装夹有在切削加工时作用于工件W的加工刀片20的面相对一侧的面和变幅杆体40相接触的面来定位。
就是说，如图1A至图1C所示，在切削加工时作用于工件W的加工刀片20位于刀片装夹部24a上的场合，如此调整面27b和面43a的位置关系，与刀片装夹部24a的装夹加工刀片20的面27a相对一侧的第二凸部的面27b通过接触后述的变幅杆体40的第二凹部43的面43a来定位。而且，在安装在其安装面在与刀片装夹部24a相同一面上的刀片装夹部24b上的加工刀片20作用于工件W的场合，面27b通过接触变幅杆体40的第二凹部43的面43a来定位。
此外，该刀夹2在拧松或取出螺丝7的情况下能够以螺丝通孔25的中心为中心地回转180度，设置刀片装夹部24a和24b的一侧和设置刀片装夹部24c和24d的一侧可掉转过来。在此情况下，由于安装在刀片装夹部24c、24d上的加工刀片20作用于工件W，所以与装载该加工刀片的面28a相反一侧的第二凸部的面28b通过接触变幅杆体40的第二凹部43的面43a来定位。这样一来，在装夹于刀片装夹部24a、24b的加工刀片20磨损的情况下，能够使刀夹2回转180度并且使用安装在刀片装夹部24c、24d上的加工刀片20。
图4A是超声变幅杆4的平面图，图4B是正视图，图4C是右视图。超声变幅杆4是以工具钢为材料的一体成型构件。超声变幅杆4具有长方体形的变幅杆体40、通过安装底座5将变幅杆体40固定在台座6上的节点凸缘41、与上述刀夹2的第一凸部22嵌合的第一凹部42、与上述刀夹2的第二凸部23嵌合的第二凹部43、紧固上述螺丝7的内螺纹孔44和贯通狭缝45。贯通狭缝45形成在包括超声变幅杆4的轴线方向的位置不变的节点位置的中央部上，并且防止包括该超声变幅杆4的节点位置的中央部的相互干扰地将超声振动传递至刀夹2。
上述的刀夹2和超声振子3被分别固定在变幅杆体40的相对的两面40a、40b上。节点凸缘41分别配置在相对于固定有刀夹2和超声振子3的这些面40a、40b的垂直的相对两面40c和40d的两外侧上。用于通过螺丝8与安装底座5固定的螺丝通孔46在垂直于振动主轴30的方向上各设两个地并排形成在节点凸缘41上。超声变幅杆4利用该螺丝通孔46并通过作为紧固件的螺丝8被可分离地固定在安装底座5的接触面41b内的多个位置上。
而且，这些节点凸缘41通过分别呈凸边形状地形成在面40c和40d上的凸缘基部41a与变幅杆体40相连。而且，凸缘基部41a形成在变幅杆体40的固定刀夹2的面40a和固定超声振子3的面40b之间的中间位置上。该中间位置是变幅杆体40的轴线方向的位置无变化的节点位置。凸缘基部41a是薄壁形成且具有独立变形性，因此能够防止传递至变幅杆体40的超声振动漏向节点凸缘41。
图5A是安装底座5的平面图，图5B是正视图，图5C是右视图。安装底座5为大致制成L形的且以工具钢为材料的一体成型构件。在安装底座5接触超声变幅杆4的节点凸缘41的接触面41b的接触面50上，形成有紧固上述螺丝8的四个内螺纹孔51。而且，在与该接触面50垂直的面52上，形成有供用于紧固在刀架6上的螺丝9穿过的四个螺丝通孔53。
如上所述，在根据本实施方式的超声切削加工装置1中，在变幅杆体40的一个面40b上固定着超声振子3，在与固定有该超声振子3的面40b的相对的变幅杆体40的面40a上，用螺丝7夹紧地固定着保持加工刀片20的刀夹2，该螺丝7的螺丝轴配置在超声振子3的振动主轴30的延长线上。此时，设置在变幅杆体40和刀夹2上的第一凹部42和第一凸部22相互嵌合，由此确定螺丝7的螺丝轴位置，从而不会出现螺丝轴因超声振子3所传来的超声振动而位移的情况，螺丝轴如常配置在超声振子3的振动主轴30的延长线上。由此一来，超声振动被高效传递给刀夹2，可以通过超声振动进行高效的切削。
此外，由于在该第一凹部42和第一凸部22的外侧设有用于确定变幅杆体40和刀夹2的相互位置的第二凹部43和第二凸部23，所以刀夹2相对变幅杆体40被固定在正常定位的状态下。因此，装夹在刀夹2上的加工刀片20相对超声振子3的刀尖的角度和高度是稳定的。
因此，在该刀夹2和超声振子3被固定在相对两面40a和40b上的变幅杆体40中，在相对于固定有刀夹2和超声振子3的面40a和40b垂直的相对两面40c和40d的两外侧的凸缘41相对安装底座5在凸缘41和安装底座5相互接触的接触面41b内的多个位置通过多个螺丝8被固定，由此一来，凸缘41相对于安装底座5的角度与螺丝8的紧固状况无关地是稳定不变的。
因而，在本实施方式的超声切削加工装置1中，刀夹2相对于安装底座5的角度和位置与螺丝紧固状况无关地是稳定的，可容易地使该刀夹2所装夹的加工刀片20相对于超声振子3的刀尖的角度和高度谐合。使这样的加工刀片20相对于超声振子3的刀尖的角度和高度适合尤其对不转动的切削刀具是重要的，对于实现高精度加工是重要的。
此外，在本实施方式的超声切削加工装置1中，第二凹部43和第二凸部23是通过刀夹2的与装夹加工刀片20的面24a相反一侧的面27b和变幅杆体40接触的面43a来定位的，这样，在利用加工刀片20的切削作业中，朝向装夹该加工刀片20的面24a施加的力能够通过第二凹部43和第二凸部23定位承受，因此加工刀片20相对于超声振子3的刀尖的角度和高度可以保持一定，可以进行高精度加工。
而且，虽然在本实施方式中利用大致呈L形的底座作为安装底座5，但安装底座5的形状可以相应于刀架6和工件W的配置来改变。或者，在未使用安装底座5时，以刀架6为台座地将超声变幅杆4直接安装在刀架6上的结构也是可行的。
本发明的超声切削加工装置及其所用的超声变幅杆可有效地用作用于使切削刀具超声振动地进行车削和刨削等切削加工的装置。

Claims (3)

1.一种超声切削加工装置，具有装夹切削刀具的刀夹、激励超声振动的超声振子和超声变幅杆，该超声变幅杆由变幅杆体、多个节点凸缘和多个凸缘基部构成，该变幅杆体为长方体形且在相对两面上固定有该刀夹和该超声振子，所述多个节点凸缘用于将该变幅杆体固定在台座上并且配置在相对于固定有该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面的两外侧，所述多个凸缘基部位于该变幅杆体的固定有该刀夹的面和固定有该超声振子的面之间的中间位置且在相对于固定有该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面上被制成凸边状并且连接所述多个节点凸缘和该变幅杆体，所述多个节点凸缘和台座在这些接触面内的多个位置上通过多个紧固件被可分离地固定，该变幅杆体和该刀夹通过螺丝轴配设在该超声振子的振动主轴的延长线上的螺丝被紧固，并且在该螺丝的周围设有用于相互嵌合以确定该螺丝轴的位置的第一凹部和第一凸部，以及在该第一凹部和该第一凸部的外侧设有用于确定该变幅杆体和该刀夹的相互位置的第二凹部和第二凸部。
2.根据权利要求1所述的超声切削加工装置，其特征是，该第二凹部和该第二凸部通过与该刀夹的装夹所述切削刀具的面相对一侧的面和与该变幅杆体相接触的面来定位。
3.一种超声变幅杆，由长方体形的且在相对两面固定有切削刀具的刀夹和超声振子的变幅杆体、多个节点凸缘和多个凸缘基部构成，所述多个节点凸缘用于固定该变幅杆体于台座上并且配置在相对于固定该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面的两外侧，所述多个凸缘基部位于该变幅杆体的固定该刀夹的面和固定该超声振子的面之间的中间位置上且在相对于固定该刀夹和该超声振子的面垂直的相对两面上被制成凸边形状并且将所述多个节点凸缘和该变幅杆体连起来，所述多个节点凸缘和台座在这些接触面内的多个位置上通过多个紧固件被可分离地固定，其特征是，该变幅杆体和该刀夹通过螺丝轴布置在该超声振子的振动主轴的延长线上的螺丝被紧固，并且在该螺丝的周围设有用于确定该螺丝位置的第一凹部和第一凸部，以及在该第一凹部和第一凸部的外侧设有用于确定该变幅杆体和该刀夹的相互位置的第二凹部和第二凸部。
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