CN108655434A - 一种切削刀把 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切削刀把，结合于一主轴而受控制转动。该切削刀把包含有一本体、一增幅杆以及一压电致动器；其中，该本体具有一沿着轴向贯穿设置的中心孔，该中心孔具有一第一孔段以及一第二孔段；该增幅杆包括同轴设置且相连接的一第一杆段与一第二杆段；该第一杆段部分以可滑动方式插入该第一孔段内；该第二杆段连接该本体且结合刀具，该第二杆段的部分表面与该第二孔段的孔壁接触；该压电致动器设置于该增幅杆上且受控制驱使刀具振动。通过上述结构设计，可使切削刀把具备良好的刚性与结合稳定性，有效抵抗应力作用。

Description

一种切削刀把

技术领域

本发明与切削设备有关；特别是指一种具有振动切削功能的切削刀把。

背景技术

已知具有振动切削功能的加工装置，即，旋转式超音波振动辅助切削装置，是将设置有压电致动器与增幅杆的本体安装于高速旋转的主轴上，并受主轴带动而一同旋转；其中，压电致动器所产生的振动，将通过增幅杆放大振动幅度并传递至刀具，让刀具在高速旋转切削同时兼具振动切削功能，由连续接触式加工转变为往复式的间断接触加工，使得加工后的成品获得高精密度的光滑面。

上述的旋转式超音波振动辅助切削装置已被证实适合用于高硬度、高韧性或是脆性材料，可有效改善应用上述材料的加工件的表面质量，且降低工件表面的粗糙度。然而，旋转式超音波振动辅助切削技术仍然存有下列几个问题需要克服：

其一，现有的增幅杆仅以局部顶面固定于本体的底部位置，当该增幅杆与该本体于加工过程受主轴带动而旋转时，容易因为增幅杆与本体之间的结合稳定性不足而产生旋转偏摆，导致结合于增幅杆末端的刀具倾斜，致使加工件的加工精度不佳。

其二，因应用领域的缘故，现有的主轴上大多结合陶瓷轴承；然而，压电致动器所产生的振幅在通过增幅杆传递至主轴后，容易导致强度较低的陶瓷轴承发生崩裂情况。此外，又因现有的压电致动器安装于增幅杆上，并通过增幅杆放大振幅，其结构设计容易导致长期承受振动能量的增幅杆与本体之间的结合处产生应力集中进而出现裂缝，恐造成零组件松脱的意外事故发生。

其三，现有的旋转式超音波振动辅助切削装置，是由多个机械零件组装而成，在组装过程中(例如组装增幅杆、压电致动器、刀具的过程)，各个零组件所累积的组装误差会造成主轴旋转偏摆，进而影响硬脆材料的加工质量。

其四，现有的旋转式超音波振动辅助切削装置中，刀具夹持于增幅杆末端的夹持部位通常为振幅最大点，即，振动强度最大的部位；上述的结构设置将导致夹持部位承受最大的振动摩擦，衍伸出夹持部位产生磨损或是因摩擦温度上升而变形，造成刀具加工端处的共振频率漂移及振幅不稳定，影响加工稳定性及质量，并使得刀具使用寿命缩短。

再者，一般进行磨削硬脆性材料时，仅需要在刀具的切削端处产生1～3微米的低振幅，即可有效进行硬脆性材料的磨削；然而，面对金属材料、复合材料、航天材料(例如：铬镍铁合金/镍基合金/钛合金/inconel)时，因其材料系属于韧性与强度较高的材质，并不适用于低振幅的切削加工，必须采用高振幅才能实现振动切削加工作业，然而，目前现有的旋转式超音波振动辅助切削装置并不容易达到上述振幅要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种切削刀把，其结构具备良好的刚性与结合稳定性，有效抵抗应力作用，并可提高加工件的加工精度。

为达成上述目的，本发明提供的一种切削刀把，用以结合刀具，且该切削刀把结合于一主轴而受控制转动，其包括有一本体、一增幅杆以及一压电致动器。该本体具有一沿着轴向贯穿设置的中心孔；该增幅杆包括同轴设置且相连接的一第一杆段与一第二杆段；该第一杆段部分插入该中心孔内，该第二杆段连接该本体且结合刀具，其中该第一杆段与该第二杆段的部分表面分别与该中心孔的孔壁接触，且该第一杆段与该本体之间以滑动对方式结合；以及该压电致动器设置于该增幅杆上且受控制驱使刀具振动。

本发明的效果在于通过结构改良，使切削刀把具备良好的刚性与结合稳定性，有效抵抗应力作用，并可提高加工件的加工精度。

附图说明

图1为本发明第一优选实施例的切削刀把的立体图。

图2为本发明第一优选实施例的切削刀把的立体分解图。

图3为图1沿3-3线的剖视图，揭示切削刀把的各个构件的相对关系。

图4为一局部放大图，显示第一杆段部分插入中心孔内，且以活动对方式结合。

图5为一局部放大图，显示第二杆段连接本体，且第二杆段的翼部部分抵接第二孔段的壁面。

图6为本发明第二优选实施例的切削刀把的立体图。

图7为图6沿7-7线的剖视图，揭示切削刀把的各个构件的相对关系。

【符号说明】

100 切削刀把

10第一感应模块

12中心孔 121第一孔段 122阶级段

123 第二孔段

20 增幅杆

20a通道 22第一杆段 24第二杆段

241第一振幅放大部 242翼部 2421应变部

26螺栓 28止漏件

32压电致动器 34配重块

42 第一感应模块

421衬套 422第一磁芯 423第一线圈组

44 第二感应模块

441第二磁芯 442第二线圈组

46鞍座 461凹槽

50 增幅杆

50a通道 52第一杆段 54第二杆段

541第一振幅放大部 542翼步 543第二振幅放大部

D1、D2 宽度

1机座 2主轴

3刀具 3a流道

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，现举两个优选实施例并配合附图详细说明如后。请参阅图1与图2所示，为本发明第一优选实施例的切削刀把100。该切削刀把100安装于机座1的主轴2上，且用以结合刀具3；该主轴2系受控制而转动，并带动该切削刀把100一同旋转。

该切削刀把100包含有一本体10、一增幅杆20、一压电致动器32、一配重块34以及一感应单元；该本体10结合于该主轴2上且具有一沿着轴向贯穿设置的中心孔12。参图2与图3所示，在本实施例中，该中心孔12为多段式阶级孔，具有自下而上依序连通设置的一第一孔段121、一阶级段122以及一第二孔段123，其中该第一孔段121的内径小于该第二孔段123的内径与该阶级段122的内径；该阶级段122的内径小于该第二孔段123的内径。

该增幅杆20包括有同轴设置且相连接的一第一杆段22与一第二杆段24。结合图4所示，该第一杆段22与该本体10之间以滑动方式结合，即，该第一杆段22部分插入该中心孔12内的第一孔段121中，且与该第一孔段121的孔壁接触，使得第一杆段22受到第一孔段121的孔壁约束而可沿着第一孔段121的轴向往复移动。该第一杆段22的其余部分则位于该阶级段122中。

该第二杆段24具有一第一振幅放大部241及一翼部242。该第一振幅放大部241一端连接该第一杆段22末端，另一端结合刀具3；该第一振幅放大部241的周侧面朝向结合刀具3的方向渐缩，其结构目的在于改变增幅杆20的截面积而放大振幅。在本实施例中，周侧面部分范围为曲面，在其他实施例中，周侧面部分也可为斜面或是阶级面。

结合图5所示，该翼部242自第一振幅放大部241的外周面沿着径向朝外凸出形成，该翼部242部分抵接该第二孔段123的壁面，且其部分通过螺栓26而固定于该第二孔段123的壁面上。上述的第二杆段24的翼部242接触第二孔段123的结构以及第一杆段22接触第一孔段121的结构设计，将使得该增幅杆20以跨距式的同心承靠方式结合于本体10，由此增添增幅杆20的结合稳定性，以确保刀具3加工过程的加工精度，并提高该增幅杆的20整体刚性，以抵抗弯曲应力与侧向应力，避免旋转偏摆过大而影响加工质量。此外，在本实施例中，是以该翼部242作为刀具定位的基准面，从而改善组装零件所产生的累积误差。

该翼部242具有一应变部2421，位于该翼部242抵接该第二孔段123壁面处与该第一振幅放大部241之间，在本实施例中，该应变部2421为环槽结构且自该翼部242顶面凹设形成。该应变部2421的结构目的在于使该翼部242未接触第二孔段123壁面处的部位产生挠性变形的弹性作用，换言之，当该增幅杆20承受外力作用时，该应变部2421将会适度偏摆变形，使得增幅杆20的第一杆段22与第一振幅放大部241得以沿着轴向往复移动，并避免该翼部242接触第二孔段123的部位发生应力集中的崩裂状况。实际上，在其他实施例中，应变部也可改由翼部的底面凹陷形成，或是在翼部上形成多个孔洞、缝隙，均可达到相同的挠性变形作用。

此外，该增幅杆20更设置有一通道20a，该通道20a沿着轴向贯穿该第一杆段22与该第二杆段24，且两端分别连通该本体10的中心孔12与刀具3的轴向贯穿设置的流道3a。通过上述结构设计，可于加工过程进行出水(或是切削液)，从而冲走金属碎屑及粉尘，并降低刀具3与加工件的温度，同时可达到润滑作用；此外，也可通过通道20a进行负压吸取作业，或是通过通道20a注出高压气体，以清洁加工过程中所产生的金属碎屑及粉尘，避免加工时将金属碎屑回卷至刀具或加工件上而影响加工精度，以确保加工件的稳定性与可靠度。

再者，请结合图4所示，在本实施例中，该切削刀把100更包含有两条止漏件28结合于该增幅杆20上，且该两条止漏件28分别抵接该第一孔段121的孔壁与该第一杆段22的表面，从而避免液体或是气体流经通道20a的过程中发生渗出的状况。

该压电致动器32与该配重块34套设于该增幅杆20的第一杆段22上，且一同位于该本体10的阶级段122中。该压电致动器32位于该配重块34与该第二杆段24之间，且受控制而驱使该刀具3产生振动。当该压电致动器32产生振幅时，该第一杆段22与该本体10之间的结合位置为增幅杆20的共振结点，其共振结点的振幅最小，可避免结合位置产生磨损或是因摩擦温度上升而发生变形情况，也可避免压电致动器32的振幅影响增幅杆20与本体10之间的结合稳定性，并可防止振幅间接通过本体10而传达至主轴1，以预防结合在主轴1上的陶瓷轴承(图中未示出)因承受外力作用而受到损害。

该感应单元电性连接压电致动器32，且具有一第一感应模块42、第二感应模块44与一鞍座46。该第一感应模块42结合于本体10上，将随着本体10一同旋转，且包含有一衬套421、一第一磁芯422以及一第一线圈组423；该衬套421结合于该本体10上；第一磁芯422用于套设在衬套421的外部，第一线圈组423系可拆离地套设在该第一磁芯422上。

其中，该第一磁芯422的剖面是对称排列的L型，其整体结构简单且体积精巧，制作时是使用陶瓷材料由粉末压铸技术而一次完成，有效缩短第一磁芯422的制作时间并降低生产成本，且在压铸过程中，第一磁芯422的内部孔隙量下降不易产生破裂。

该鞍座46以低导磁性材质制成，且固定在该主轴1上，该鞍座46自一侧面凹设形成一凹槽461。该第二感应模块44电性连接一电源(图中未示出)并容置于该鞍座46的凹槽461中，且与第一感应模块42相隔有一间距，其中该第二感应模块44包含有一第二磁芯441以及环绕于该第二磁芯441上的一第二线圈组442。

该感应单元是通过该第一感应模块42与该第二感应模块44之间以非接触电磁感应耦合方式产生电能，从而供应电能于压电致动器20，使压电致动器20可受控制而驱使该刀具3以振动模式进行切削加工。

请参阅图6与图7所示的内容，为本发明第二优选实施例的高效率高刚性刀把200，其包含有一增幅杆50以及与上述第一实施例相同的本体10、一压电致动器32、一配重块34与一感应单元；该感应单元包含有第一感应模块42、第二感应模块44与鞍座46。本实施例的本体10设有由第一孔段121、阶级段122以及第二孔段123所构成的中心孔。本实施例的增幅杆50与第一实施例的增幅杆20的差异，在于第一实施例的增幅杆20为一阶段放大器，本实施例的增幅杆50为两阶段放大器。

该增幅杆50部分容置于该中心孔中，其中该增幅杆的第一杆段52以可滑移的方式穿设于第一孔段121，且该第一杆段52套设有该压电致动器32与该配重块34；该压电致动器32电性连接感应单元，并受控制而产生振动。该增幅杆50的第二杆段54具有一第一振幅放大部541、一翼部542以及一第二振幅放大部543；该翼部542自该第一振幅放大部541的周侧面沿着径向朝外设置；该第二振幅放大部543一端连接该第一振幅放大部541，另一端结合刀具3。该第一振幅放大部541的周侧面与该第二振幅放大部543的周侧面分别朝向结合刀具3的方向渐缩，且该第一振幅放大部541的底部宽度D1小于该第二振幅放大部543的顶部宽度D2，上述结构目的同样在于改变振福杆50的截面积大小，从而放大振福。

值得一提的是，在本实施例中，该增幅杆50的该第二振幅放大部543与刀具3之间的结合位置，以及该第一杆段22与该本体10之间的结合位置分别为增幅杆20的共振结点，其共振结点的振幅最小，可避免结合位置产生磨损或是因摩擦温度上升而发生变形情况，也可避免压电致动器32的振幅影响增幅杆20与本体10之间的结合稳定性，并可防止振幅间接通过本体10而影响主轴1的轴承，避免发生轴承崩裂的情况。

此外，在本实施例中，刀具3的工作端为增幅杆20的共振最大点，其振幅最大，可有效的达到较佳的高振动切削效果，特别是针对金属材料与复合材料的加工作业时，可有效实现对高韧性与高强度的材料的磨削加工。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，但凡应用本发明说明书及权利要求所作的等效变化，理应包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种切削刀把，用以结合刀具，且该切削刀把结合于一主轴而受控制转动，其包括：

一本体，具有一沿着轴向贯穿设置的中心孔；

一增幅杆，包括同轴设置且相连接的一第一杆段与一第二杆段；该第一杆段部分插入该中心孔内，该第二杆段连接该本体且结合刀具，其中该第一杆段与该第二杆段的部分表面分别与该中心孔的孔壁接触，且该第一杆段与该本体之间以滑动方式结合；以及

一压电致动器，设置于该增幅杆上且受控制驱使刀具振动。

2.如权利要求1所述的切削刀把，其中该第二杆段具有一第一振幅放大部及一翼部；该第一振幅放大部结合刀具，该翼部从该第一振幅放大部的周侧面沿着径向朝外设置；该中心孔具有一第一孔段与一第二孔段，其中该第一杆段部分插入该第一孔段中，第二杆段的该翼部部分抵接该第二孔段的壁面上。

3.如权利要求2所述的切削刀把，其中该第二杆段的该翼部具有一应变部，该应变部在该增幅杆振动时产生挠性变形。

4.如权利要求3所述的切削刀把，其中该应变部位于该翼部抵接该第二孔段壁面处与该第一振幅放大部之间。

5.如权利要求4所述的切削刀把，其中该应变部包括一环槽，该环槽从该翼部的顶面或是底面的其中之一凹陷形成。

6.如权利要求2所述的切削刀把，其中该第一振幅放大部的周侧面朝向结合刀具的方向渐缩。

7.如权利要求6所述的切削刀把，其中该增幅杆的该第一杆段与该本体之间的结合位置振幅最小。

8.如权利要求1所述的切削刀把，其中该第二杆段具有一翼部、一第一振幅放大部以及一第二振幅放大部；该翼部自该第一振幅放大部的周侧面沿着径向朝外设置；该第二振幅放大部一端连接该第一振幅放大部，另一端结合刀具；该中心孔具有一第一孔段与一第二孔段，其中该第一杆段部分插入该第一孔段中，第二杆段的该翼部部分抵接该第二孔段的壁面上。

9.如权利要求8所述的切削刀把，其中该第一振幅放大部的周侧面与该第二振幅放大部的周侧面分别朝向结合刀具的方向渐缩。

10.如权利要求9所述的切削刀把，其中该增幅杆的该第二振幅放大部与刀具之间的结合位置振幅最小，刀具加工端的振幅最大。

11.如权利要求10所述的切削刀把，其中该第一振幅放大部的底部宽度小于该第二振幅放大部的顶部宽度。

12.如权利要求1所述的切削刀把，其中该刀具包含有一沿着轴向贯穿设置的流道；该增幅杆包含有一沿着轴向贯穿该第一杆段与该第二杆段的信道，且该通道连通该本体的该中心孔与该刀具的该流道。

13.如权利要求1所述的切削刀把，包括有至少一止漏件结合于该增幅杆，该至少一止漏件抵接该中心孔的孔壁与该第一杆段的表面。