CN108942662A - 带有动平衡环的刀具组件 - Google Patents

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CN108942662A CN201811151030.7A CN201811151030A CN108942662A CN 108942662 A CN108942662 A CN 108942662A CN 201811151030 A CN201811151030 A CN 201811151030A CN 108942662 A CN108942662 A CN 108942662A
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李伟秋
林松
林一松
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Abstract

本发明提供的带有动平衡环的刀具组件，涉及机加工技术领域。该刀具组件包括超声波刀体、无线传输接收装置、超声波换能器、动平衡环和磨削刀具，超声波换能器包括变幅杆和压电振子，压电振子与无线传输接收装置连接；变幅杆的第二端与磨削刀具连接，变幅杆的第一端通过设置的连接件与超声波刀体的第二端连接，连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台；磨削刀具包括刀盘本体，其中部具有连接孔，刀盘本体的一端设置有磨削部，刀盘本体位于磨削部的一端设置有空腔，刀盘本体或磨削部上设有阶梯槽结构以便于测量端面跳动或圆度跳动；该刀具组件具有加工精度较高，使用寿命长的优点。

Description

带有动平衡环的刀具组件
技术领域
本发明涉及机加工技术领域，尤其是涉及一种带有动平衡环的刀具组件。
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。
目前，在现有的刀具组件中，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；
另外，现有磨削刀具的研磨部在研磨加工时会由于摩擦力而产生大量热量，不能够有效散热会对研磨质量造成影响；并且，目前刀具加工时，不能够实时测量刀具的端面跳动或圆度跳动参数而进行实时调整，从而不能够保障研磨后的工件表面平整性和产品质量。
例如，公开为CN106181595A的专利文件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。
公开号为TWM372763U的专利文件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。
综上所述，现有的刀具组件中，平衡性不好，导致刀具组件加工精度较差且使用寿命较短，并且，磨削刀具不能有效散热和实时测量端面跳动或圆度跳动的参数，使得工件加工质量受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有动平衡环的刀具组件，以解决现有技术存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案；本发明提供的带有动平衡环的刀具组件，包括：
超声波刀体，其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底面具有用于与磨削刀具连接的连接凸起，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；
磨削刀具，包括刀盘本体，所述刀盘本体的一端设置有环状的磨削部，所述刀盘本体中部具有连接孔，所述连接孔与所述变幅杆的第二端的连接凸起相连接，
所述刀盘本体位于磨削部的一端设置有用以布置冷却通道的空腔，
刀盘本体或磨削部上设置有阶梯槽结构以便于测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动。
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，所述磨削部上开设有至少一个排屑槽，所述排屑槽的槽口处能够形成切削刃以缓冲工件的切削碰撞。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述刀盘本体上还设置有多个第一锁紧孔，所述变幅杆的第二端底面具有第二锁紧孔，通过在第一锁紧孔和第二锁紧孔内安装螺钉以使所述刀盘本体和所述变幅杆连接。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的带有动平衡环的刀具组件中，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，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；刀盘本体位于磨削部的一端设置有空腔，便于在空腔内布置冷却通道，从而对刀盘本体进行散热，刀盘本体或磨削部上设置有阶梯槽结构，在刀盘本体转动时，以便于通过阶梯槽结构来测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动，从而对刀盘本体进行相应的调整，使得圆盘本体的旋转更为稳定，保障工件的加工质量。
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带有动平衡环的刀具组件的结构示意图；
图2为图1中的带有动平衡环的刀具组件的剖视图；
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带有动平衡环的刀具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带有动平衡环的刀具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带有动平衡环的刀具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带有动平衡环的刀具组件的爆炸结构示意图；
图8为本发明一实施例所述的带有动平衡环的刀具组件中磨削刀具的立体结构示意图；
图9为本发明一实施例所述的带有动平衡环的刀具组件中磨削刀具的剖视图。
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；417、连接凸起；418、第二锁紧孔；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；600、刀盘本体；610、磨削部；620、连接孔；630、排屑槽；640、切削刃；650、第一锁紧孔；660、空腔；670、阶梯槽结构。
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。
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。
本发明实施例提供的带有动平衡环的刀具组件，其中，包括：
超声波刀体100，其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的第二端底面具有用于与磨削刀具连接的连接凸起417，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，保证带有动平衡环的刀具组件的稳定性；
磨削刀具，包括刀盘本体600，刀盘本体600的一端设置有环状的磨削部610，刀盘本体600中部具有连接孔620，连接孔620与变幅杆410的第二端的连接凸起417相连接，
刀盘本体600位于磨削部610的一端设置有空腔660，设置空腔660的目的是便于在空腔600内布置冷却通道，从而对刀盘本体600进行散热。
刀盘本体600或磨削部610上设置有阶梯槽结构670以便于测量刀盘本体600的端面跳动或圆度跳动；如图1和图9所示，本实施例中以在刀盘本体靠近变幅杆的一端设置阶梯槽结构670为例，在刀盘本体600转动时，以便于通过阶梯槽结构670来测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动，从而对刀盘本体进行相应的调整，使得圆盘本体的旋转更为稳定，保障工件的加工质量。
磨削部610上开设有至少一个排屑槽640，排屑槽630的槽口处能够形成切削刃640以缓冲工件的切削碰撞(请参照图8-图9)。
上述带有动平衡环的刀具组件，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刀盘本体600，再通过刀盘本体600应用至加工工件，进而能够配合传统普通机床实现超声加工。
所述带有动平衡环的刀具组件，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。
该带有动平衡环的刀具组件能够利用动平衡环，提高工作时的稳定性和结构强度，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；
同时，刀盘本体600位于磨削部610的一端设置有空腔660，设置空腔的目的是便于在空腔内布置冷却通道，从而对刀盘本体进行散热。
刀盘本体600或磨削部610上设置有阶梯槽结构670以便于测量刀盘本体600的端面跳动或圆度跳动；在刀盘本体转动时，以便于通过阶梯槽结构来测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动，从而对刀盘本体进行相应的调整，使得圆盘本体的旋转更为稳定，保障工件的加工质量。
磨削部610上设置的排屑槽630一方面起到散热的作用，另一方面起到排出磨削屑的作用，保障研磨质量的同时延长了磨削部610的使用寿命；排屑槽630的槽口处形成的切削刃640能够对工件表面高点进行切削，从而起到缓冲刀盘本体600与工件之间的切削碰撞，保障工件的加工质量。
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底部设置的连接凸起417，用于连接刀盘本体，将变幅杆410底部设置为锥面414，以增加强度。
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。
请参照图8和图9，在上述任一技术方案中，进一步地，磨削部610用以接触工件的端面分布有金刚石砂粒。由于金刚石砂砾能够提供良好的硬度和耐磨性能，从而保障磨削部610的使用寿命。
在上述任一技术方案中，进一步地，刀盘本体600上还设置有多个第一锁紧孔650，第一锁紧孔650设置在连接孔620的周向位置，变幅杆410的第二端底面具有第二锁紧孔418，第二锁紧孔418的数量与第一锁紧孔650的数量相同，通过在第一锁紧孔650和第二锁紧孔418内安装螺钉以使刀盘本体600和变幅杆410连接。
通过上述连接方式，连接凸起配合连接孔使用起到便于定位的作用，通过螺钉锁紧在第一锁紧孔650和第二锁紧孔418内，使刀盘本体600和变幅杆410方便连接。
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。

Claims (10)

1.一种带有动平衡环的刀具组件，其特征在于，包括：
超声波刀体，其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底面具有用于与磨削刀具连接的连接凸起，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；
磨削刀具，包括刀盘本体，所述刀盘本体的一端设置有环状的磨削部，所述刀盘本体中部具有连接孔，所述连接孔与所述变幅杆的第二端的连接凸起相连接，
所述刀盘本体位于磨削部的一端设置有用以布置冷却通道的空腔，
刀盘本体或磨削部上设置有阶梯槽结构以便于测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动。
2.根据权利要求1所述的带有动平衡环的刀具组件，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所述的带有动平衡环的刀具组件，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所述的带有动平衡环的刀具组件，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所述的带有动平衡环的刀具组件，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所述的带有动平衡环的刀具组件，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所述的带有动平衡环的刀具组件，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任一项所述的带有动平衡环的刀具组件，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.根据权利要求1-7任一项所述的带有动平衡环的刀具组件，其特征在于，所述磨削部上开设有至少一个排屑槽，所述排屑槽的槽口处能够形成切削刃以缓冲工件的切削碰撞。
10.根据权利要求9所述的刀组件，其特征在于，所述刀盘本体上还设置有多个第一锁紧孔，所述变幅杆的第二端底面具有第二锁紧孔，通过在第一锁紧孔和第二锁紧孔内安装螺钉以使所述刀盘本体和所述变幅杆连接。
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