CN108436608A - 一种可自动换刀的超声刀柄 - Google Patents

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刘红兵
焦尚才
王国海
王雪松
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Abstract

本发明涉及机械超声加工领域，公开了一种可自动换刀的超声刀柄，包括刀柄和换能器，所述刀柄外侧设置有电磁转换装置，所述电磁转换装置固定在所述刀柄外侧，与所述刀柄一体设计，且所述换能器一端设置于所述刀柄内部，包括变幅杆、压电陶瓷、换能器压块和压紧螺钉，采用过盈配合，通过挤压的方式将所述换能器与所述刀柄连接为一体，所述压紧螺钉依次连接换能器压盖、压电陶瓷和变幅杆，并通过变幅杆压母紧固连接，变幅杆前端带有内锥孔，用于安装标准刀具夹头。

Description

一种可自动换刀的超声刀柄
技术领域
本发明涉及机械超声加工领域，尤其涉及一种可自动换刀的超声刀柄。
背景技术
超声加工是最适合加工硬脆材料的加工方法之一，它是在普通磨削加工的基础上，借助超声波高频率小振幅振动的方法去除工件上的被加工材料，并通过它与工件之间游离于切削液中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。超声加工可强化和改善普通机械加工效果，其不但保留了普通机械加工的特性，还可以大幅度提高加工效率(加工效率可达到普通磨削的3-5倍)，减小切削的变形量，降低切削力，同时还可以有效改善工件的表面加工质量。
超声刀柄是利用超声波高频率小振幅的振动传递到刀柄的刀具加工位置，适合加工硬脆材料，借助超声加工的方法，可大幅提高加工效率、降低刀具磨损。
然而现有技术是将超声波换能器安装到刀柄上，需将外部的电能传输至换能器，普遍刀柄结构较复杂、装配工艺复杂，不能实现快速自动换刀，并且存在漏电、无法防尘防水等问题。
由此可见，上述现有的超声刀柄在结构与使用上，显然仍存在不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有合适的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的超声刀柄,实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的超声刀柄存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的超声刀柄，能够改进现有的超声刀柄，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的是克服现有超声刀柄中存在的问题，提供一种可自动换刀的超声刀柄，与现有技术的普通超声刀柄相比，其具有电磁转换装置，从而能够解决现有技术中超声刀柄结构复杂不能迅速完成快速自动换刀、漏电、易污染灰尘、不防水等问题。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明的可自动换刀的超声刀柄，其包括刀柄和换能器，所述刀柄外侧设置有电磁转换装置，所述电磁转换装置固定在所述刀柄外侧，与所述刀柄一体设计，且所述换能器一端设置于所述刀柄内部，包括变幅杆、压电陶瓷、换能器压块和压紧螺钉，采用过盈配合，通过挤压的方式将所述换能器与所述刀柄连接为一体，所述压紧螺钉依次连接换能器压盖、压电陶瓷和变幅杆，并通过变幅杆压母紧固连接，所述变幅杆前端带有内锥孔，用于安装标准刀具夹头。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现。
在前述的可自动换刀的超声刀柄中，所述电磁转换装置包括定环与动环，所述定环内为发射线圈，所述动环内为接收线圈。
定环和动环两者共同构成本发明的可自动换刀的超声刀柄的无线传电部分，即电磁转换装置，定环呈扇形、长方形或三角形或其他形状，体积较小，从而巧妙的避开了自动换刀模块夹取刀柄的部分，使此超声结构不影响换刀。定环呈扇形相比其他形状，更为美观且利于避开自动换刀模块夹取刀柄的部分，因此定环优选扇形。
在前述的可自动换刀的超声刀柄中，所述定环还包括固定于固定支架上的发射线圈壳，所述固定支架固定于数控机床主轴的壳体上。
在前述的可自动换刀的超声刀柄中，所述发射线圈和所述发射线圈壳通过绝缘胶粘接为一体。
在前述的可自动换刀的超声刀柄中，所述发射线圈和所述发射线圈壳可呈扇形、长方形或三角形，或其他形状。优选所述发射线圈壳的形状与所述发射线圈的形状一致，呈扇形，以便与发射线圈形状匹配和利于避开自动换刀模块夹取刀柄的部分。
在前述的可自动换刀的超声刀柄中，所述动环还包括通过挤压方式与刀柄连接到一体的接收线圈壳。
在前述的可自动换刀的超声刀柄中，所述接收线圈和所述接收线圈壳通过绝缘胶粘接为一体。
在前述的可自动换刀的超声刀柄中，所述压电陶瓷为偶数片，例如两片、四片或六片，优选为两片。压电陶瓷的片数过多会导致刀柄的整体尺寸过大，降低刀柄的整体刚性。
在安装标准刀具时，采用夹头螺母将刀具压紧在变幅杆的内锥孔中，实现与变幅杆成为一体，从而可以自由更换刀具夹头与刀具，满足不同材料的加工尺寸需要。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：由上述技术方案可知，本发明可自动换刀的超声刀柄，具有设置于刀柄外侧的电磁转换装置，所述电磁转换装置包括定环和动环，定环由于体积较小，呈扇形、长方形或三角形，巧妙的避开了自动换刀模块夹取刀柄的部分，使此超声结构不影响换刀，因此本发明的可自动换刀的超声刀柄解决了结构复杂的问题，能完成快速自动换刀，并且有效的解决了漏电、防尘、防水等问题。另外，本发明的可自动换刀的超声加工刀柄在进行磨削加工的时候，刀柄同时进行高速旋转和轴向振动两个方向的运动，从而提高加工效率、减小切削力以及提高加工后的表面质量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的可自动换刀的超声刀柄的整体剖面图；
图2为本发明的可自动换刀的超声刀柄的立体外观图；
图3为本发明的可自动换刀的超声刀柄的俯视图，显示出了换刀区域；
图中标记示意为：1-数控机床主轴，2-刀柄，3-压紧螺钉，4-换能器压块，5-压电陶瓷，6-变幅杆压母，7-变幅杆，8-夹头螺母，9-刀具夹头，10-刀具，11-接收线圈壳，12-接收线圈，13-发射线圈，14-发射线圈壳，15-固定支座。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。
本实施例提供了一种可自动换刀的超声刀柄。
图1示出了与数控机床主轴1衔接的本发明的带电极的超声刀柄，而图2示出了未与数控机床主轴1衔接的本发明的带电极的超声刀柄的立体外观图。如图1所示，本发明的可自动换刀的超声刀柄由刀柄2和换能器组成，所述换能器由变幅杆7、两片压电陶瓷5、换能器压块4、压紧螺钉3组成，换能器整体与刀柄2采用过盈配合，通过挤压的方式压装配为一体，所述压紧螺钉3依次连接换能器压块4、两片压电陶瓷5和变幅杆7，并通过变幅杆压母6紧固连接，再采用变幅杆压母的螺纹压紧，在各连接处均涂上专用绝缘胶，防止机械加工时高频振动发生位置变化，并能实现绝缘、不漏电、防尘、防水的功能。
所述刀柄2外侧设置有电磁转换装置，所述电磁转换装置固定在所述刀柄2外侧，包括定环与动环，所述定环内为发射线圈13，所述动环内为接收线圈12。发射线圈13与发射线圈壳14采用绝缘胶粘接为一体，发射线圈壳14固定在固定支架15上，固定支架15固定在数控机床主轴1的壳体上，使发射线圈牢固，并产生稳定可靠的电流信号传导到接收线圈上。接收线圈壳11通过挤压的方式与刀柄2连接到一体，接收线圈壳11和接收线圈12采用绝缘胶粘接为一体。
如图3所示，定环呈扇形，包括发射线圈13、发射线圈壳14。发射线圈13、发射线圈壳14和固定支架15都是扇形的，这样更有利于避开自动换刀模块夹取刀柄的部分，且视觉上更美观。发射线圈壳14固定在固定支架15上，固定支架15固定在数控机床主轴1的壳体上，扇形区域一般位于机床的后侧，或者位于与数控机床刀库相反的位置。数控机床在换刀的过程中，换刀装置可在图示中的换刀装置区域内运动，不与发射线圈13和发射线圈壳14发生干涉，从而实现换刀装置在扇形的剩余区域内自动换刀。
可选的，定环可呈其他形状，如长方形或者三角形，相应地，发射线圈13、发射线圈壳14可选用长方形或者三角形，固定支架15可采用同样形状或者不同形状，只要能固定发射线圈壳14即可。
变幅杆7前端带有内锥孔，可安装多种规格的标准刀具夹头9，采用夹头螺母8将刀具10压紧变幅杆7的内锥孔中，实现与变幅杆7成为一体。刀具夹头9与刀具10可手动自由更换。
在机械加工过程中，数控机床主轴1处于工作状态，采用数控机床自带的自动换刀系统，将刀柄2拉紧，并旋转加工，实现超声机械加工。电流通过固定在数控机床主轴1的壳体上的发射线圈13，产生高频电流，再间接传导到接收线圈12上，通过换能器装置的作用，将超声波高频率小振幅振动传递到刀具10的部位，实现刀具10同时进行高速旋转和轴向振动两个方向的运动，从而提高加工效率、减小切削力以及提高表面加工质量。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.可自动换刀的超声刀柄，其包括刀柄和换能器，其特征在于：所述刀柄外侧设置有电磁转换装置，所述电磁转换装置固定在所述刀柄外侧，与所述刀柄一体设计，且
所述换能器一端设置于所述刀柄内部，包括变幅杆、压电陶瓷、换能器压块和压紧螺钉，采用过盈配合，通过挤压的方式将所述换能器与所述刀柄连接为一体，所述压紧螺钉依次连接换能器压盖、压电陶瓷和变幅杆，并通过变幅杆压母紧固连接，所述变幅杆前端带有内锥孔，用于安装标准刀具夹头。
2.如权利要求1所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于，所述电磁转换装置包括定环与动环，所述定环内为发射线圈，所述动环内为接收线圈。
3.如权利要求2所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于，所述定环还包括固定于固定支架上的发射线圈壳，所述固定支架固定于数控机床主轴的壳体上。
4.如权利要求3所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于，所述发射线圈和所述发射线圈壳通过绝缘胶粘接为一体。
5.如权利要求2所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于，所述定环呈扇形。
6.如权利要求5所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于，所述发射线圈和所述发射线圈壳呈扇形。
7.如权利要求2所述的可自动换刀的超声刀柄，所述动环还包括通过挤压方式与刀柄连接到一体的接收线圈壳。
8.如权利要求7所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于所述接收线圈和所述接收线圈壳通过绝缘胶粘接为一体。
9.如权利要求1所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于，所述压电陶瓷为偶数片。
10.如权利要求9所述的可自动换刀的超声刀柄，其特征在于，所述压电陶瓷为两片。
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