CN108856765A - 超声波刀柄组件及测量该刀柄组件重心的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的超声波刀柄组件及测量该刀柄组件重心的方法，涉及超声波加工技术领域。该超声波刀柄组件包括变幅杆和设置在所述变幅杆的第一端的压电振子，所述压电振子与所述无线传输接收装置连接；所述变幅杆的第二端用于与切削刀具连接，所述变幅杆的第一端设置有连接件，所述变幅杆通过所述连接件与所述超声波刀体的第二端连接，所述连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台；动平衡环，所述动平衡环设置在所述安装凸台上。本发明提供的超声波刀柄组件中，通过在变幅杆上设置有安装凸台，在安装凸台上设置有动平衡环，结合动平衡环平衡超声波刀柄组件，不易影响变幅杆的圆跳动和动平衡，加工精度较高，使用寿命较长。

Description

超声波刀柄组件及测量该刀柄组件重心的方法

技术领域

本发明涉及超声波加工技术领域，尤其是涉及一种超声波刀柄组件及测量该刀柄组件重心的方法。

背景技术

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体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。普通超声加工是通过液态介质加工产品，属于特种加工，应用范围小，无法用在范围较广的切削加工、磨削加工中，且超声加工机床结构复杂，价格高昂。因此，将超声加工与工具旋转组合起来的旋转超声加工模式逐渐得到越来越广泛的应用。

CN106181595A公开了一种固结磨料超声加工装置及方法，属于硬脆性材料加工领域，可以进行异形孔加工和平面磨削加工，所述固结磨料超声加工装置包括XY轴进给装置、工作槽、主轴立柱、固结磨料工具、Z轴伺服进给装置和超声波发生系统，所述超声波发生器采用超声恒流电源，所述超声恒流电源包括用于采集超声换能器两端的电流和电压的采集单元和用于计算超声加工系统的等效阻抗的处理单元，所述处理单元将计算的等效阻抗与阻抗设定值进行比较后对固结磨料工具的进给速度和/或超声波发生器的输出电流进行调节。上述固结磨料超声加工装置虽然加工精度较高，然而效率不高，无法实现保证加工精度的情况下快速加工。

TWM372763U公开了一种超声波振动式刀具模组，第一线圈固定於固定本体。声波产生器电连接至第一线圈。旋转本体可转动地安装至固定本体。第二线圈固定於旋转本体。两第一接点固定於旋转本体上并电连接至第二线圈。刀把本体可拆卸地装设於旋转本体上。两第二接点固定於刀把本体上，并分别电连接至两第一接点。稳压电路板设於刀把本体上，并具有两输入端电连接至两第二接点，用以稳定第二线圈於旋转时产生的输入电压并於两个输出端输出输出电压。第一压电片及第二压电片分别电连接至两个输出端以共同产生振动。扩幅杆固定於刀把本体，用以对振动予以扩幅，上述超声波振动式刀具模组加工精度有待提高，能加工的材料以及加工效率有限。

KR20150101628A公开了一张自由仿形切割高硬度材料的装置，用于切割硬质材料，利用超声波，包括：切削刀具，其具有超声波发生器切割硬质材料与金刚石研磨，利用超声波从超声波发生器以及主要制作自不锈钢；一磨料喷射器施加磨料，包括细金刚石的粒子硬质材料切割硬质材料；以及切削刀具驾驶装置，用于施加力切削刀具在垂直方向切割硬质材料。该装置切割一种硬质材料，利用超声波可应用，用于处理硬质材料例如蓝宝石以及增强玻璃施加到智能电话等，然而上述自由仿形切割高硬度材料的装置加工效率不高，无法实现保证加工精度的情况下快速加工。

目前，在现有的刀组件中，为了适应旋转超声加工，把振动系统集成到超声波刀体中的超声波刀柄组件应运而生。但是，传统集成有振动系统的超声波刀柄组件，平衡性不好，其变幅杆经过碰撞容易发生倾斜，从而加大变幅杆的圆跳动，影响变幅杆的动平衡，导致超声波刀柄组件加工精度较差，使用寿命较短。

综上所述，现有的刀组件中，刀柄组件的平衡性不好，导致超声波刀柄组件加工精度较差且使用寿命较短。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种超声波刀柄组件，以解决现有的刀组件中，刀柄组件的平衡性不好，导致超声波刀柄组件加工精度较差且使用寿命较短的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案；本发明第一方面提供的超声波刀柄组件，其中，包括超声波刀体，第一端用于与机床主轴连接；

无线传输接收装置，安装在超声波刀体上，与无线传输发射装置对应设置；

超声波换能器，包括变幅杆和设置在所述变幅杆的第一端的压电振子，所述压电振子与所述无线传输接收装置连接；所述变幅杆的第二端用于与切削刀具连接，所述变幅杆的第一端设置有连接件，所述变幅杆通过所述连接件与所述超声波刀体的第二端连接，所述连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台；

动平衡环，所述动平衡环设置在所述安装凸台上。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环包括环体，所述环体具有相对的内侧面和外侧面，所述内侧面用于围成所述环体的中部的安装孔；

所述外侧面设置有多个配重孔，且多个所述配重孔沿所述外侧面的周向均布。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环还包括调节装置，所述调节装置安装于所述配重孔中。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体第二端上设置有凹槽，所述连接杆上设置有与所述凹槽匹配的凸起。所述凹槽与所述凸起之间设置有挡板。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述变幅杆的第二端设置有锥面，所述锥面的直径从所述变幅杆的第二端至所述变幅杆的第一端逐渐减小。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波换能器还包括盖板和锁紧螺栓；

所述变幅杆的第一端端面上开设有与所述锁紧螺栓匹配的螺纹孔，所述压电振子上开设有安装孔，所述盖板设置在所述压电振子远离所述变幅杆的一侧，所述盖板上开设有固定孔；

所述锁紧螺栓用于穿过所述固定孔、安装孔与所述螺纹孔配合，使得所述压电振子、盖板锁紧在所述变幅杆上。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体的第二端设有安装腔体，所述压电振子位于所述安装腔体内。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体的外壁上设有定位凸台，所述定位凸台用于定位所述无线传输接收装置。

在上述任一技术方案中，进一步地，还包括给所述无线传输接收装置发射信号的无线传输发射装置，所述无线传输发射装置安装在所述机床主轴上，与超声电源发生器连接。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的超声波刀柄组件中，所述连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台，所述动平衡环设置在所述安装凸台上。通过在变幅杆上设置有安装凸台，在安装凸台上设置有动平衡环，结合动平衡环平衡超声波刀柄组件，不易影响变幅杆的圆跳动和动平衡，加工精度较高，使用寿命较长。

进一步地，所述动平衡环包括环体，所述环体具有相对的内侧面和外侧面，所述内侧面用于围成所述环体的中部的安装孔；所述外侧面设置有多个配重孔，且多个所述配重孔沿所述外侧面的周向均布。

进一步地，所述动平衡环还包括调节装置，所述调节装置安装于所述配重孔中。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所述的超声波刀柄组件的结构示意图；

图2为图1中的超声波刀柄组件的剖视图；

图3为本发明一实施例所述的超声波刀体中安装腔体的结构示意图；

图4为本发明一实施例所述的超声波刀柄组件中动平衡环的结构示意图；

图5为本发明一实施例所述的超声波刀柄组件中无线传输接收装置的结构示意图；

图6为本发明一实施例所述的超声波刀柄组件中超声波换能器的结构示意图；

图7为本发明一实施例所述的超声波刀柄组件中超声波换能器的爆炸结构示意图。

附图标记：

100、超声波刀体；110、安装腔体；120、定位凸台；130、过线孔；300、无线传输接收装置；310、接收环支架；311、第三安装槽；312、第二接线口；320、接收磁芯；321、第四安装槽；322、第三接线口；330、接收线圈；400、超声波换能器；410、变幅杆；411、连接件；412；挡板；413、凹槽；414、锥面；415、螺纹孔；416、凸起；420、压电振子；422、第一压电陶瓷片；423、第一电极片；424、第二压电陶瓷片；430、盖板；440、锁紧螺栓；500、安装凸台；501、动平衡环；502、内侧面；503、外侧面；504、配重孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1至图7，下面结合具体的实施方式对本发明做进一步地解释说明。

本发明第一方面的实施例提供的超声波刀柄组件，其中，包括超声波刀体100，第一端用于与机床主轴连接；

无线传输接收装置300，安装在超声波刀体100上，与无线传输发射装置对应设置；

超声波换能器400，包括变幅杆410和设置在所述变幅杆410的第一端的压电振子420，所述压电振子420与所述无线传输接收装置300连接；所述变幅杆410的第二端用于与切削刀具连接，所述变幅杆410的第一端设置有连接件411，所述变幅杆410通过所述连接件411与所述超声波刀体100的第二端连接，所述连接件411上设置有用于安装动平衡环的安装凸台500；

动平衡环501，所述动平衡环501设置在所述安装凸台500上。

设置安装凸台500用于安装动平衡环，将动平衡环安装在安装凸台500上进行配重，保证超声波刀柄组件的稳定性。

上述超声波刀柄组件，超声波刀体100用于起到连接机床主轴、安装超声波换能器400等部件的作用，无线传输发射装置用于将超声电源发生器产生的高频电能信号通过无线传输的方式传递到无线传输接收装置300上，无线传输接收装置300用于接收无线传输发射装置发出的信号并将感应到的信号还原成高频电能信号传递给超声波换能器400，超声波换能器400用于利用压电振子420的压电逆效应将频率电信号转换为高频机械振动，并通过变幅杆410对机械振动进行放大传输到加工工件，进而能够配合传统普通机床实现超声加工。

所述超声波刀柄组件，能够应用于传统的普通机床，在不改变普通机床结构的情况下进行超声加工，超声波换能器400通过变幅杆410的连接件411与超声波刀体100连接，通过凹槽413和凸起416连接，连接件411与超声波刀体100之间可以根据需求采用连接件411(螺钉)或胶粘固定。设置连接件411或胶粘能够进一步加强产品的结构强度。

该超声波刀柄组件能够配合动平衡环，稳定性和结构强度较好，产品碰撞后变幅杆410不易倾斜，不易影响变幅杆410的圆跳动和动平衡，加工精度较高，使用寿命较长。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环501包括环体，所述环体具有相对的内侧面502和外侧面503，所述内侧面502用于围成所述环体的中部的安装孔；

所述外侧面503设置有多个配重孔504，且多个所述配重孔504沿所述外侧面503的周向均布。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环501还包括调节装置，所述调节装置安装于所述配重孔504中。

通过在动平衡环501的配重孔504中安装调节装置，以调节刀柄和动平衡环501形成的整体的重心的空间位置，以使其保持在刀柄的旋转轴线上，从而有利于维持转动过程中的平衡状态，提高加工精度，减少机械故障的发生。

调节装置为柱状结构；柱状结构具有外螺纹，用于与配重孔504的内螺纹相配合。柱状结构的端部开设有驱动槽，驱动槽可以为一字槽或十字槽。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体100第二端上设置有凹槽413，所述连接杆上设置有与所述凹槽413匹配的凸起416。所述凹槽413与所述凸起416之间设置有挡板412。

设置挡板412形成防水保护，防止渗水进入超声波刀体100的安装腔体110内腔破坏压电振子420的压电效应。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述变幅杆410的第二端设置有锥面414，所述锥面414的直径从所述变幅杆410的第二端至所述变幅杆410的第一端逐渐减小。

锥面414底部设置有连接凸起416，用于连接刀盘，将变幅杆410底部设置为锥面414，便于与刀盘连接，增加强度。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波换能器400还包括盖板430和锁紧螺栓440；

所述变幅杆410的第一端端面上开设有与所述锁紧螺栓440匹配的螺纹孔415，所述压电振子420上开设有安装孔，所述盖板430设置在所述压电振子420远离所述变幅杆410的一侧，所述盖板430上开设有固定孔；

所述锁紧螺栓440用于穿过所述固定孔、安装孔与所述螺纹孔415配合，使得所述压电振子420、盖板430锁紧在所述变幅杆410上。

所述压电振子420包括依次叠设的第一压电陶瓷片422、第一电极片423、第二压电陶瓷片424、第二电极片、第三压电陶瓷片、第三电极片等。所述第一压电陶瓷片422的负极与所述变幅杆410的第一端端面相接，所述第一压电陶瓷片422的正极与所述第二压电陶瓷片424的正极相对设置，所述第二压电陶瓷片424的负极与所述第三压电陶瓷片的负极相对设置，相邻的压电陶瓷片之间正极与正极相接，负极与负极相接，通过向相应的电极片通电，能够实现压电振子420的压电特性。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述锁紧螺栓440外设置有热缩绝缘管，所述热缩绝缘管设置在所述锁紧螺栓440与所述压电振子420、盖板430之间。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体100的第二端设有安装腔体110，所述压电振子420位于所述安装腔体110内。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述无线传输接收装置300包括接收环支架310、接收磁芯以及接收线圈；

所述接收环支架310套设在所述超声波刀体100的外侧，所述接收环支架310上设有第三安装槽311，所述接收磁芯安装在所述第三安装槽311中，所述接收磁芯上设有第四安装槽321，所述接收线圈330安装在所述第四安装槽中。

所述第三安装槽311靠近所述接收环支架310中心的内槽壁上开设有第二接线口312，所述第四安装槽321靠近所述接收环支架310中心的内槽壁上开设有第三接线口322，且所述第三接线口322的位置与所述第二接线口312的位置对应。从而接收线圈330的接线可以通过第三接线口322、第二接线口312引入至接收环支架310的中空结构中，便于与超声波刀体100内的压电振子420接线，接线方便，且接线从内部进行，能够有效保护接线。无线传输接收装置200的接线从超声波刀体100上的过线孔130穿设。

接收磁芯320能够与无线传输发射装置的发射磁芯感应，从而起到无线接收作用，将感应到的磁场还原成高频电能信号传输给压电振子420。可选地，所述接收磁芯320为接收铁氧体。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体100的外壁上设有定位凸台120，所述定位凸台120用于定位所述无线传输接收装置300。定位凸台120能够起到安装定位的作用，无线传输接收装置300可直接安装在定位凸台120处即可，无需反复调整安装位置，安装方便，操作简单，安装效率高。

刀组件还包括机床主轴，所述超声波刀体100设置在所述机床主轴上。

在上述任一技术方案中，进一步地，还包括给所述无线传输接收装置300发射信号的无线传输发射装置，所述无线传输发射装置安装在所述机床主轴上，与超声电源发生器连接。

实施例二

本实施例二中提供一种上述测试超声波刀柄组件重心的方法，其中，具体步骤如下：

S1、将动平衡环501安装于所述安装凸台500上；

S2、将4个相同重量的调节装置安装于配重孔504内，每隔90度角安装一个；

S3、使用重心测试仪测试超声波刀柄组件的重心，令第一次测试测出的偏重位置为第一偏重位置，第一次测出的偏重量为第一偏重量；

S4、根据测出的第一偏重位置处的第一偏重量，若第一偏重位置在S2安装的4个调节装置中的某一个位置，那么拆掉对应在此处的调节装置，使用重心测试仪测试超声波刀柄组件的重心，令第二次测试测出的偏重量为第二偏重量；根据第二偏重量的大小对应组合安装或者拆卸不同重量规格的调节装置；

若第一偏重位置不在S2安装的4个调节装置中的任何一个位置，那么根据第一偏重量在第一偏重位置处的对面安装相应规格的调节装置。

S5、重复S4直至超声波刀柄组件的重心与其轴向重合。

所述动平衡环501侧面配重孔504数目为24或30或36个；

插入配重孔504的顶丝有五种规格，重量分别为0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g；将4个0.3g的调节装置(可选用顶丝)安装于配重孔504内，每隔90度角安装一个，由于间隙配合，顶丝顶住刀柄还起到将动平衡环501固定于刀柄的作用。

本发明提供的超声波使用时，设置安装凸台500用于安装动平衡环，将动平衡环安装在安装凸台500上进行配重，保证超声波刀柄组件的稳定性。所述超声波刀体100第二端上设置有凹槽413，所述连接杆上设置有与所述凹槽413匹配的凸起416。设置挡板412形成防水保护，防止渗水进入超声波刀体100的安装腔体110内腔破坏压电振子420的压电效应。锥面414底部设置有连接凸起416，用于连接刀盘，将变幅杆410底部设置为锥面414，便于与刀盘连接，增加强度。

综上所述，本发明提供的超声波刀柄组件中，所述连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台，所述动平衡环设置在所述安装凸台上。通过在变幅杆上设置有安装凸台，在安装凸台上设置有动平衡环，结合动平衡环平衡超声波刀柄组件，不易影响变幅杆的圆跳动和动平衡，加工精度较高，使用寿命较长。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种超声波刀柄组件，其特征在于，包括：

超声波刀体，第一端用于与机床主轴连接；

无线传输接收装置，安装在超声波刀体上，与无线传输发射装置对应设置；

超声波换能器，包括变幅杆和设置在所述变幅杆的第一端的压电振子，所述压电振子与所述无线传输接收装置连接；所述变幅杆的第二端用于与切削刀具连接，所述变幅杆的第一端设置有连接件，所述变幅杆通过所述连接件与所述超声波刀体的第二端连接，所述连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台；

动平衡环，所述动平衡环设置在所述安装凸台上。

2.根据权利要求1所述的超声波刀柄组件，其特征在于，

所述动平衡环包括环体，所述环体具有相对的内侧面和外侧面，所述内侧面用于围成所述环体的中部的安装孔；

所述外侧面设置有多个配重孔，且多个所述配重孔沿所述外侧面的周向均布。

3.根据权利要求2所述的超声波刀柄组件，其特征在于，所述动平衡环还包括调节装置，所述调节装置安装于所述配重孔中。

4.根据权利要求1所述的超声波刀柄组件，其特征在于，所述超声波刀体第二端上设置有凹槽，所述连接杆上设置有与所述凹槽匹配的凸起。

5.根据权利要求1所述的超声波刀柄组件，其特征在于，所述变幅杆的第二端设置有锥面，所述锥面的直径从所述变幅杆的第二端至所述变幅杆的第一端逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的超声波刀柄组件，其特征在于，所述超声波换能器还包括盖板和锁紧螺栓；

所述变幅杆的第一端端面上开设有与所述锁紧螺栓匹配的螺纹孔，所述压电振子上开设有安装孔，所述盖板设置在所述压电振子远离所述变幅杆的一侧，所述盖板上开设有固定孔；

所述锁紧螺栓用于穿过所述固定孔、安装孔与所述螺纹孔配合，使得所述压电振子、盖板锁紧在所述变幅杆上。

7.根据权利要求1所述的超声波刀柄组件，其特征在于，所述超声波刀体的第二端设有安装腔体，所述压电振子位于所述安装腔体内。

8.根据权利要求1～7任一项所述的超声波刀柄组件，其特征在于，所述超声波刀体的外壁上设有定位凸台，所述定位凸台用于定位所述无线传输接收装置。

9.一种测试如权利要求1-8任意一项所述的超声波刀柄组件重心的方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、将动平衡环安装于所述安装凸台上；

S2、将4个相同重量的调节装置安装于配重孔内，每隔90度角安装一个；

S3、使用重心测试仪测试超声波刀柄组件的重心，令第一次测试测出的偏重位置为第一偏重位置，第一次测出的偏重量为第一偏重量；

S4、根据测出的第一偏重位置处的第一偏重量，若第一偏重位置在S2安装的4个调节装置中的某一个位置，那么拆掉对应在此处的调节装置，使用重心测试仪测试超声波刀柄组件的重心，令第二次测试测出的偏重量为第二偏重量；根据第二偏重量的大小对应组合安装或者拆卸不同重量规格的调节装置；

若第一偏重位置不在S2安装的4个调节装置中的任何一个位置，那么根据第一偏重量在第一偏重位置处的对面安装相应规格的调节装置。

S5、重复S4直至超声波刀柄组件的重心与其轴向重合。