CN108296536A - 附件式旋转超声振动刀柄 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种附件式旋转超声振动刀柄，包括刀柄主体组件、声学系统组件、超声导电滑环组件和超声信号插座组件，所述声学系统组件设于所述刀柄主体组件内部，所述超声导电滑环组件设于所述刀柄主体组件外侧，所述超声信号插座组件与所述超声导电滑环组件连接。本发明的超声刀柄采用标准化数控刀柄接口设计，兼容现有通用数控铣床以及加工中心主轴安装，可将现有常规通用数控机床拓展成为航空复材的专用切削机床，可提升现有数控机床的加工范围和生产能力。
Description
技术领域
本发明属于超声振动加工装置技术领域，具体涉及一种附件式旋转超声振动刀柄。
背景技术
复合材料具有优越的物理性能、化学性能和机械性能，比如高比强度、高比刚度、高比模量、良好的绝缘、隔热、隔音性能，有足够的断裂韧性和耐介质腐蚀等其他性能，在航空、航天、导弹、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且不断地向新的领域扩展。复合材料高强度、高硬度、优越的可设计性等特点为其应用带来了巨大的空间。
目前复合材料的加工大多采用传统的高速数控铣削的加工方法，这种加工方式是用铣刀将需要切除的材料打碎，会产生大量粉尘，造成环境污染，直接危害到工人的身体健康状况。如果加工工艺参数不合理，还会造成零件表面出现毛刺、分层、纤维拔出等，影响加工质量。
超声加工是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工的方法，超声声学系统主要由换能器、变幅杆、刀具组成。超声波发生器将电源转换成超声频电振荡信号，换能器将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆将换能器的振动振幅进行放大，变幅杆连接刀具，使刀具振动进行加工。复合材料采用超声加工的方式，可以明显提高加工表面质量、加工精度和加工效率。
然而现有的声学组件大多与主轴安装在一起，均为主轴式，比较笨拙，适用范围窄，不能自动换刀，不便于操作加工，现有碳刷或电刷不支持大直径大电流大转速工作。
发明内容
本发明提供了一种附件式旋转超声刀柄，超声刀柄采用标准化数控刀柄接口设计，兼容现有通用数控铣床以及加工中心主轴安装，可将现有常规通用数控机床拓展成为航空复材的专用切削机床，可提升现有数控机床的加工范围和生产能力，非常适合于我国新兴航空制造企业使用。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：附件式旋转超声振动刀柄，包括刀柄主体组件、声学系统组件、超声导电滑环组件和超声信号插座组件，所述声学系统组件设于所述刀柄主体组件内部，所述超声导电滑环组件设于所述刀柄主体组件外侧，所述超声信号插座组件与所述超声导电滑环组件连接。
所述刀柄主体组件包括刀柄和内轴套，所述内轴套的下端通过法兰与所述声学系统组件连接，所述内轴套的上端外侧连接所述超声导电滑环组件。
所述内轴套与所述刀柄通过螺钉连接。
所述声学系统组件包括依次连接的换能器、变幅杆和刀具。
所述换能器上端设有球形电极。
所述刀具为匕首形直刃刀具或圆盘形刀具。
所述超声导电滑环组件包括绝缘筒，所述绝缘筒与所述刀柄主体组件相匹配。
所述超声信号插座组件包括环状连接板和接线板，所述环状连接板与所述接线板固定。
所述接线板外侧面设有一个指示灯。
所述接线板内部设有起绝缘作用的圆筒。
本发明的有益效果是：
(1)该超声刀柄采用HSK刀柄安装头，根据使用需求可快速更换声学系统，适应性好。
(2)该刀柄结构紧凑，有利于提高加工精度、质量和效率，增强加工过程的稳定性等。
(3)该刀柄设计巧妙，操作方便，适合大范围推广使用。
附图说明
图1为本发明实例的立体结构示意图
图2为本发明实例的刀柄主体组件结构示意图
图3为本发明实例的匕首形声学系统组件示意图
图4为本发明实例的圆盘形声学系统组件示意图
图5为本发明实例的超声导电滑环组件示意图
图6为本发明实例的L形超声信号插座组件示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1-6所示，本发明附件式旋转超声振动刀柄，主要包括：刀柄主体组件、声学系统组件、超声导电滑环组件、L形超声信号插座组件。所述声学系统组件通过上法兰4和下法兰3安装于刀柄主体组件内部，所述超声导电滑环组件安装于所述刀柄主体组件外侧，所述L形超声信号插座组件连接于超声导电滑环组件。
所述刀柄主体组件主要的功能为机械连接、承上启下；主要结构包括HSK刀柄25和内轴套6；刀柄主体组件上端为HSK刀柄25，用于连接主轴42上的HSK连接口，采用标准化数控刀柄接口设计，方便声学组件更换，下端通过螺钉21连接于内轴套6实现系统转动，所述内轴套6的下端通过上法兰4和下法兰3连接所述声学系统组件，上端外侧连接超声导电滑环组件，所述刀柄主体组件用于配合连接的外轴面及内孔面具有一定的同轴度要求和尺寸精度要求，用于配合连接表面具有垂直度要求和尺寸精度要求，所述刀柄主体组件具有刚度及耐磨性，防止在高速旋转时产生变形及磨损。
内轴套6和HSK刀柄25通过螺钉连接，内轴套6在中间部位设有圆形凸台，用于定位下绝缘筒8，上端设有一个导线孔，用于传导超声导电滑环组件传入的电信号，下端设有螺钉通孔5，用于安装法兰，内部设有凸台，用于安装内部导电结构，HSK刀柄25上设置有卡簧，用来安装定位卡簧。
HSK刀柄25只保留了与主轴连接部分，下端根据要求设计结构与内轴套6连接，并且在下端设计有凹槽跟内轴套6定位，所述法兰为新型超声变幅杆刚性支撑法兰盘设计，采用上法兰4和下法兰3支撑变幅杆2并于连接内轴套6，保证刚性的同时方便安装拆卸。
所述声学系统组件主要的功能为将电信号转换为超声波并产生振动，声学系统组件主要包括换能器7、变幅杆2和刀具1，刀具1分为匕首形直刃刀具43或圆盘形刀具44，具体的，刀具1通过螺纹连接安装于变幅杆2，变幅杆2通过螺纹连接安装于换能器7，变幅杆2上设有凸台，用于定位安装上法兰4和下法兰3，声学组件通过上法兰4和下法兰3安装于内轴套6，换能器7上端有球形电极47用于连接弹簧探针引入电信号。
换能器7上端面中心设有球形电极47，球形电极47连接于弹簧探针，换能器7下端连接变幅杆2，换能器7和变幅杆2的连接面均具有垂直度和粗糙度要求，换能器2下端连接刀具1，所述刀具1包含两类刀具，匕首形直刃刀具43或圆盘形刀具44。所述变幅杆2上下两个圆柱面具有同轴度要求，通过修改变幅杆2的下圆柱面的半径或形状使声学系统组件的整体频率符合换能器所要求的固有频率。
所述超声导电滑环组件是基于滚动轴承体的新型导电脂式空心滑环设计，主要实现超声系统电信号的传输，将外部电信号传入声学系统组件，超声导电滑环组件主要包括接线盒9、端盖26、大密封圈37、小密封圈31、大轴承36、小轴承29、柱塞销14、下绝缘筒8、上绝缘筒34、外轴套19、导电压片11、大电滑环38、小电滑环30、密封垫片28，具体的，下绝缘筒8定位安装于内轴套6上所设置的凸台，上绝缘筒34定位于下绝缘筒8，大电滑环38定位安装于下绝缘筒8，大密封圈37通过大轴承36限位，导电压片11压紧，内径配合大电滑环38，外径配合外轴套19，大电滑环38具有高耐磨性，下球轴承36半径较大，通过设置的大电滑环39限位，大轴承36采用设置的导电环35压紧，上端小轴承29，通过设置的小电滑环30限位，采用设置的密封垫片28压紧，导电压片11通过紧定螺钉安装于外轴套19，小密封圈31通过轴承29限位，采用紧定螺钉20压紧，紧定螺钉20固定在外轴套19上面，内径配合小电滑环30，外径配合外轴套19，通过上端轴承29限位，小电滑环30通过内轴套6限位，通过上端轴承29压紧，接线盒9安装于外轴套19一侧，内部由柱塞销14和弹簧探针接线，其中柱塞销14和弹簧探针具有可伸缩性。
所述超声导电滑环组件安装于刀柄主体组件外部，所述轴承包括上下设置的两个半径不同的深沟球轴承，下端深沟球轴承36半径较大，上端深沟球轴承29半径较小，所述密封圈包括上下两个半径不同的密封圈，下端密封圈37半径较大，上端密封圈31半径较小，所述绝缘筒包括上下两个绝缘筒，下绝缘筒8均有尺寸精度要求，内径用于配合内轴套6，外径配合下端深沟球轴承36，上绝缘筒34内径有尺寸精度要求用于配合内轴套6，上绝缘筒34设有导线孔，用于导线的连接，所述超声导电滑环组件适用于大直径大电流大转速的超声刀柄。
所述L形超声信号插座组件主要实现将机床电源接入所述超声导电滑环组件的功能，L形超声信号插座组件主要包括环状连接板18、接线板17和圆筒46，连接板17通过螺钉连接于环状连接板18，内筒46安装于接线板17，通过紧定螺钉压紧，环形连接板18安装与机床，机床电源接入接线板17，接线板17上安装一个指示灯，当超声刀柄进入工作状态是，指示灯亮，接线板17和内筒46下短连接超声导电滑环组件。
L形超声信号插座组件下端连接于超声导电环环组件，所述接线板17外侧面并联一个指示灯，当超声刀柄工作时指示灯发光，圆筒46安装于接线板17内部，主要起绝缘作用。
本发明的超声刀柄采用标准化数控刀柄接口设计，兼容现有通用数控铣床以及加工中心主轴安装，可将现有常规通用数控机床拓展成为航空复材的专用切削机床，可提升现有数控机床的加工范围和生产能力，非常适合于我国新兴航空制造企业使用。
Claims (10)
1.附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：包括刀柄主体组件、声学系统组件、超声导电滑环组件和超声信号插座组件，所述声学系统组件设于所述刀柄主体组件内部，所述超声导电滑环组件设于所述刀柄主体组件外侧，所述超声信号插座组件与所述超声导电滑环组件连接。
2.根据权利要求1所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述刀柄主体组件包括刀柄和内轴套，所述内轴套的下端通过法兰与所述声学系统组件连接，所述内轴套的上端外侧连接所述超声导电滑环组件。
3.根据权利要求2所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述内轴套与所述刀柄通过螺钉连接。
4.根据权利要求1所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述声学系统组件包括依次连接的换能器、变幅杆和刀具。
5.根据权利要求4所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述换能器上端设有球形电极。
6.根据权利要求4所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述刀具为匕首形直刃刀具或圆盘形刀具。
7.根据权利要求1或2所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述超声导电滑环组件包括绝缘筒，所述绝缘筒与所述刀柄主体组件相匹配。
8.根据权利要求1所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述超声信号插座组件包括环状连接板和接线板，所述环状连接板与所述接线板固定。
9.根据权利要求8所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述接线板外侧面设有一个指示灯。
10.根据权利要求8所述的附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于：所述接线板内部设有起绝缘作用的圆筒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180720 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |