CN108971885B - 一种加工工件具有倒凹结构特征的超声金属表面加工刀具及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加工具有倒凹结构工件的超声金属表面加工刀具及应用，该刀具包括固定套、滑套、套筒、换能器、变幅杆和刀具头；滑套的尾部设置在固定套内、头部与套筒连接，固定套的后部设置有作用在滑套上的弹力机构，变幅杆和换能器设置在滑套中，换能器连接在变幅杆的尾部，变幅杆的头部伸出套筒，刀具头设置在套筒前端并位于变幅杆头部一侧；刀具头包括工具座以及设置在工具座上的工具头，工具头与变幅杆头部接触。本发明刀具结构设计科学、合理，能够有效加工具有倒凹结构的工件，解决了工件内孔具有表面倒凹结构特征的超声表面加工难题，该刀具加工时的力量大小调整灵活，相比以往加工方式，操作简便、加工效率高、加工效果好。

Description

一种加工工件具有倒凹结构特征的超声金属表面加工刀具及 其应用

技术领域

本发明涉及加工具有倒凹结构工件的超声金属表面加工刀具及应用，属于超声加工技术领域。

背景技术

对金属表面进行超声波加工能够获得低粗糙度值和高加工精度，并且具有效率高、成本低、无污染的特点。对金属表面的超声波加工是通过超声波刀具完成的，不同的超声波刀具可以加工不同形状的表面，超声波刀具可以直接安装在相应机床的主轴或刀架上，或者是安装在超声波加工装置上，在机床超声波加工装置的带动下完成对金属工件表面的超声波加工。

目前在加工具有倒凹结构的工件内孔时，由于倒凹结构形状的特殊性，现有的超声加工刀具要么无法完成其加工作业，要么虽能够完成但工序相对复杂、操作麻烦、效率低下。而对内孔里的倒凹结构进行超声金属表面处理有时是十分必要的，因此，有必要设计一种新型结构的超声加工刀具来改进倒凹结构部分超声表面处理的现状。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种加工工件具有倒凹结构特征的超声金属表面加工刀具，该刀具能够有效对倒凹结构进行超声波金属表面处理，能大大提升加工效率以及获得更好的加工效果。

本发明还提供上述一种加工工件具有倒凹结构特征的超声金属表面加工刀具的工作方法。

本发明的技术方案如下：

加工具有倒凹结构工件的超声金属表面加工刀具，包括固定套、滑套、套筒、换能器、变幅杆和刀具头；滑套的尾部设置在固定套内、头部与套筒连接，固定套的后部设置有作用在滑套上的弹力机构，变幅杆和换能器设置在滑套中，换能器连接在变幅杆的尾部，变幅杆的头部伸出套筒，刀具头设置在套筒前端并位于变幅杆头部一侧；刀具头包括工具座以及设置在工具座上的工具头，工具头与变幅杆头部接触。

优选的，所述工具头通过定位轴连接在工具座上。

优选的，所述工具头的中心处开有通孔，定位轴贯穿通孔后插入工具座上开设的孔内。

优选的，所述定位轴与工具座之间通过键或销连接。

优选的，所述工具头的轴线与变幅杆的轴线夹角为30-60°。

优选的，所述弹力机构包括作用于滑套尾部的轴向弹力调节机构及径向弹力调节机构。

优选的，所述轴向弹力调节机构包括碟簧、第一碟簧压块、限位圈和第一弹力调节杆；滑套的尾部连接有燕尾块，碟簧、第一碟簧压块装配在固定套内，第一弹力调节杆依次穿过燕尾块、碟簧、第一碟簧压块后通过限位圈连接在固定套，且第一弹力调节杆与第一碟簧压块螺纹连接。

优选的，所述滑套的尾部开设有燕尾槽，燕尾块从燕尾槽一侧推入固定在燕尾槽内。

优选的，所述固定套的尾部还设有防止第一碟簧压块转动的止转螺钉。

优选的，所述径向弹力调节机构包括碟簧、第二碟簧压块和第二弹力调节杆；碟簧、第二碟簧压块装配在滑套开设的凹槽内，第二弹力调节杆贯穿固定套后与第二碟簧压块接触，且第二弹力调节杆与固定套螺纹连接。

优选的，所述套筒包括第一连接套筒和第二连接套筒，第一连接套筒的尾部伸入第二连接套筒内，第一连接套筒和第二连接套筒之间装有波型弹簧和挡圈并通过间隙调节螺母锁紧连接于第二连接套筒。

优选的，所述间隙调节螺母的一侧设置有第一锁紧圈和第二锁紧圈、另一侧设置有第三锁紧圈。

优选的，所述第二连接套筒通过套筒固定圈、螺钉与滑套连接。

优选的，所述变幅杆通过变幅杆固定圈、螺钉与与滑套连接。

加工具有倒凹结构工件的超声金属表面加工刀具的工作方法，包括以下步骤：

（1）将刀具与数控机床连接；

（2）开始作业前，先通过间隙调节螺母调整工具头与变幅杆之间的间距，通过第一弹力调节杆和第二弹力调节杆调整工具头作用在待加工表面的预压力；

（3）启动数控机床，按照内部程序控制刀具的运行轨迹，实现刀具对倒凹结构的超声加工。

本发明的有益效果在于：

1）本发明刀具结构设计科学、合理，能够有效加工具有倒凹结构的工件，尤其是狭窄内孔中的倒凹结构，解决了工件内孔具有表面倒凹结构特征的超声表面加工难题。

2）本发明刀具加工时的力量大小调整灵活，相比以往加工方式，操作简便、加工效率高、加工效果好。

3）利用本发明刀具，加工后的倒凹结构能够显著提高其疲劳寿命，从而获得较好的机械性能。

附图说明

图1为本发明超声加工刀具的剖面图；

图2为本发明超声加工刀具的主视图；

图3为图2中A-A方向的剖视图；

图4为本发明超声加工刀具的加工作业状态图；

图5为图4中B部分的放大图；

其中：1-变幅杆，2-第一连接套筒，3-第一锁紧圈，4-第二锁紧圈，5-间隙调节螺母，6-套筒固定圈，7-变幅杆固定圈，8-滑套，9-燕尾块，10-碟簧，11-第一碟簧压块，12-限位圈，13-第一弹力调节杆，14-止转螺钉，15-第二碟簧压块，16-第二弹力调节杆，17-换能器，18-固定套，19-第二连接套筒，20-第三锁紧圈，21-波型弹簧，22-挡圈，23-定位轴，24-工具头，25-销，26-导向板，27-工件。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图3所示，本实施例提供一种加工工件具有倒凹结构特征的超声金属表面加工刀具，包括固定套18、滑套8、套筒、换能器17、变幅杆1和刀具头；滑套8的尾部安装在固定套18内、头部与套筒连接，固定套18的后部设置有作用在滑套8上的弹力机构，变幅杆1和换能器17设置在滑套8中，换能器17连接在变幅杆1的尾部，变幅杆1的头部伸出套筒，刀具头设置在套筒前端并位于变幅杆1头部一侧；刀具头包括工具座以及设置在工具座上的工具头24，工具头24与变幅杆1头部接触。

工具头24通过定位轴23固定在工具座上，其中工具头24整体为一圆柱体，边缘处理成外圆弧加工面，中心处开有一阶梯通孔，定位轴23一端穿过阶梯通孔后插入工具座上开设的盲孔内，然后定位轴23与工具座之间通过销25连接。这样工具头既连接固定在工具座上，又不影响工具头加工时的旋转作业，为了配合倒凹结构形状的加工，工具头24的轴线与变幅杆1的轴线夹角为30-60°，在具体使用时可选择特定的夹角值，刀具头可做系列化设计。

弹力机构包括作用于滑套8尾部的轴向弹力调节机构以及径向弹力调节机构。其中，轴向弹力调节机构包括碟簧10、第一碟簧压块11、限位圈12和第一弹力调节杆13；滑套8尾部开设有一燕尾槽（形状像V型的开口槽），燕尾槽内插入一燕尾块9，利用V型的斜面结构使燕尾块9固定在燕尾槽内，燕尾块9上开有一孔，碟簧10、第一碟簧压块11装配在固定套18尾部的凹腔内，第一弹力调节杆13一端设有球头，另一端依次穿过燕尾块9上的孔、碟簧10、第一碟簧压块11后通过限位圈12连接在固定套18，球头位于燕尾块9的孔内，且第一弹力调节杆13与第一碟簧压块11螺纹连接，后续通过拧动第一弹力调节杆13来调整工具头作用在待加工表面的预压力（从轴向上调整）。固定套18的尾部还设有止转螺钉14，止转螺钉14的一端顶住第一碟簧压块11防止加工作业过程中其发生转动。

径向弹力调节机构包括碟簧、第二碟簧压块15和第二弹力调节杆16；碟簧、第二碟簧压块15装配在滑套8开设的凹槽内，第二弹力调节杆16贯穿固定套18后与第二碟簧压块15接触，且第二弹力调节杆16与固定套18螺纹连接，后续通过拧动第二弹力调节杆16来调整工具头24作用在待加工表面的预压力（从径向上调整）。

本实施例中，套筒包括相连接的两部分，即第一连接套筒2和第二连接套筒19，第一连接套筒2的尾部伸入第二连接套筒19内，第一连接套筒2和第二连接套筒19之间装有波型弹簧21和挡圈22并通过间隙调节螺母5锁紧连接于第二连接套筒19，间隙调节螺母5与第二连接套筒19螺纹连接。间隙调节螺母5的一侧安装有第一锁紧圈3和第二锁紧圈4、另一侧安装有第三锁紧圈20，采用第一锁紧圈和第二锁紧圈的双重锁紧，连接更为牢固。另外，整个刀具头安装在第一连接套筒2的一侧，工具头24的外圆弧加工面与变幅杆1前端接触，并且在安装时为了配合加工的倒凹结构，工具头的轴线与变幅杆的轴线呈一定夹角。

变幅杆1通过变幅杆固定圈7、螺钉与与滑套8内壁连接，即变幅杆1与滑套8是固连的。第二连接套筒19通过套筒固定圈6、螺钉与滑套8外壁连接，即第二连接套筒19与滑套8是固连的，第一连接套筒2借助间隙调节螺母5可实现与第二连接套筒19的活动连接，进而实现工具头24与变幅杆1之间的间隙微调。

实施例2：

一种加工工件具有倒凹结构特征的超声金属表面加工刀具，结构如实施例1所述，其不同之处在于：定位轴23插入工具座上开设的孔内并通过键与工具座连接。

实施例3：

如图4和图5所示，本实施例提供一种加工工件具有倒凹结构特征的超声金属表面加工刀具的工作方法，所用刀具为实施例1所述的刀具，具体操作过程如下：

（1）将刀具整体与数控机床连接，将待加工工件27固定在机床的工作台上，准备进行超声加工；

（2）在正式开始作业之前，先通过间隙调节螺母5调整工具头24与变幅杆1之间的间距，通过第一弹力调节杆13和第二弹力调节杆16调整工具头24作用在待加工表面的预压力；间距、预压力这些参数调节的具体数值需根据不同的加工要求确定；

（3）参数设置好后，启动数控机床，刀具头伸入孔内，工具头24调整到倒凹结构的起刀点，然后依照数控机床内部程序控制刀具的运行轨迹，通过合理的进刀、加工运动、退刀，最终实现刀具对倒凹结构的超声加工。

Claims (5)

1.加工具有倒凹结构工件的超声金属表面加工刀具，其特征在于，包括固定套、滑套、套筒、换能器、变幅杆和刀具头；滑套的尾部设置在固定套内、头部与套筒连接，固定套的后部设置有作用在滑套上的弹力机构，变幅杆和换能器设置在滑套中，换能器连接在变幅杆的尾部，变幅杆的头部伸出套筒，刀具头设置在套筒前端并位于变幅杆头部一侧；刀具头包括工具座以及设置在工具座上的工具头，工具头与变幅杆头部接触；

所述工具头的轴线与变幅杆的轴线夹角为30-60°；

所述弹力机构包括作用于滑套尾部的轴向弹力调节机构及径向弹力调节机构；

所述轴向弹力调节机构包括碟簧、第一碟簧压块、限位圈和第一弹力调节杆；滑套的尾部连接有燕尾块，碟簧、第一碟簧压块装配在固定套内，第一弹力调节杆依次穿过燕尾块、碟簧、第一碟簧压块后通过限位圈连接在固定套，且第一弹力调节杆与第一碟簧压块螺纹连接；

所述径向弹力调节机构包括碟簧、第二碟簧压块和第二弹力调节杆；碟簧、第二碟簧压块装配在滑套开设的凹槽内，第二弹力调节杆贯穿固定套后与第二碟簧压块接触，且第二弹力调节杆与固定套螺纹连接；

所述套筒包括第一连接套筒和第二连接套筒，第一连接套筒的尾部伸入第二连接套筒内，第一连接套筒和第二连接套筒之间装有波型弹簧和挡圈并通过间隙调节螺母锁紧连接于第二连接套筒。

2.如权利要求1所述的超声金属表面加工刀具，其特征在于，所述工具头通过定位轴连接在工具座上；所述工具头的中心处开有通孔，定位轴贯穿通孔后插入工具座上开设的孔内。

3.如权利要求2所述的超声金属表面加工刀具，其特征在于，所述定位轴与工具座之间通过键或销连接。

4.如权利要求1所述的超声金属表面加工刀具，其特征在于，所述第二连接套筒通过套筒固定圈、螺钉与滑套连接；所述变幅杆通过变幅杆固定圈、螺钉与滑套连接。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的加工具有倒凹结构工件的超声金属表面加工刀具的工作方法，包括以下步骤：

（1）将刀具与数控机床连接；

（2）开始作业前，先通过间隙调节螺母调整工具头与变幅杆之间的间距，通过第一弹力调节杆和第二弹力调节杆调整工具头作用在待加工表面的预压力；

（3）启动数控机床，按照内部程序控制刀具的运行轨迹，实现刀具对倒凹结构的超声加工。