CN109093457A - 超声波刀柄结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波刀柄结构，涉及机加工领域。该超声波刀柄结构包括刀柄本体、无线传输接收装置、超声波换能器；刀柄本体包括顺次连接的主轴连接部、卸刀部和刀盘连接部；卸刀部的周侧设置有一圈凸出的定位环，定位环靠近刀盘连接部设置；刀盘连接部的外端开设有安装腔体；超声波换能器包括变幅杆和设置在变幅杆的第一端的压电振子，变幅杆的第二端用于与切削刀具连接；变幅杆的周侧还具有装配端盖，装配端盖盖压在刀盘连接部的外端，压电振子位于安装腔体内，压电振子与无线传输接收装置连接；无线传输接收装置套设在卸刀部的周侧，无线传输接收装置的端面与定位环的端面抵接。

Description

超声波刀柄结构

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，尤其是涉及一种超声波刀柄结构。

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。

一般的，普通超声加工用的超声波刀柄结构是一体式的，其主要是作为机床主轴与切削刀具之间的连接件，除了刚性连接机床主轴与切削刀具，没有其它作用。为了适应旋转超声加工，把振动系统集成到刀柄本体中的超声波刀柄结构应运而生。但是，传统集成有振动系统的超声波刀柄结构，结构不够稳固，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，导致超声波刀柄结构加工精度较差，使用寿命较短。

发明内容

基于此，有必要提供一种超声波刀柄结构，该超声波刀柄结构结构强度较好，加工精度较高，使用寿命较长。

基于上述目的，本发明提供了一种超声波刀柄结构，包括刀柄本体、无线传输接收装置、超声波换能器；

所述刀柄本体包括顺次连接的主轴连接部、卸刀部和刀盘连接部；所述卸刀部的周侧设置有一圈凸出的定位环，所述定位环靠近所述刀盘连接部设置；

所述刀盘连接部的外端开设有安装腔体；

所述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，所述变幅杆的第二端用于与切削刀具连接；所述变幅杆的周侧还具有装配端盖，所述装配端盖盖压在所述刀盘连接部的外端，所述压电振子位于所述安装腔体内，所述压电振子与所述无线传输接收装置连接；

所述无线传输接收装置套设在所述卸刀部的周侧，所述无线传输接收装置的端面与所述定位环的端面抵接。

可选的，所述超声波换能器还包括盖板、锁紧螺栓以及热缩绝缘管，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，所述热缩绝缘管设置在所述锁紧螺栓与所述压电振子、盖板之间。

可选的，所述无线传输接收装置包括接收环支架、接收磁芯以及接收线圈，所述接收环支架套设在所述刀柄本体的外侧，所述接收环支架上设有第三安装槽，所述接收磁芯安装在所述第三安装槽中，所述接收磁芯上设有第四安装槽，所述接收线圈安装在所述第四安装槽中。

可选的，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。

可选的，所述变幅杆的第二端设置有插装柱，围绕所述插装柱均匀的设置有多个螺纹安装孔。

可选的，所述装配端盖的周侧呈阶梯状。

可选的，所述主轴连接部为锥台形，所述主轴连接部的大端与所述卸刀部固接，所述主轴连接部的小端设置有螺栓孔；

所述主轴连接部的大端的外径小于所述主轴连接部的第二端的外径。

可选的，所述卸刀部的周侧设置有一圈卸刀槽，所述卸刀槽靠近所述主轴连接部的第二端设置。

可选的，所述卸刀部的周侧还设置有多个键槽，多个键槽一端贯穿所述卸刀部的外端，另一端贯穿所述卸刀槽。

可选的，所述键槽设置有两个，两个所述键槽围绕所述卸刀槽的中心轴线对称设置。

本发明提供的所述超声波刀柄结构，包括刀柄本体、无线传输接收装置、超声波换能器；

所述刀柄本体包括顺次连接的主轴连接部、卸刀部和刀盘连接部；所述卸刀部的周侧设置有一圈凸出的定位环，所述定位环靠近所述刀盘连接部设置；

所述刀盘连接部的外端开设有安装腔体；

所述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，所述变幅杆的第二端用于与切削刀具连接；所述变幅杆的周侧还具有装配端盖，所述装配端盖盖压在所述刀盘连接部的外端，所述压电振子位于所述安装腔体内，所述压电振子与所述无线传输接收装置连接；

所述无线传输接收装置套设在所述卸刀部的周侧，所述无线传输接收装置的端面与所述定位环的端面抵接。

本发明提供的所述超声波刀柄结构，上述超声波刀柄结构，刀柄本体用于起到连接机床主轴、安装超声波换能器等部件的作用，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上，无线传输接收装置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，超声波换能器用于利用压电振子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。

所述超声波刀柄结构，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，超声波换能器通过变幅杆与刀柄本体连接，通过设置装配端盖，使变幅杆和刀柄本体组合更加紧密，加强产品结构强度，该超声波刀柄结构结构强度较好，产品经掉地或碰撞后变幅杆不易倾斜，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。

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为本发明实施例提供的超声波刀柄结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的超声波刀柄结构的剖视图；

图3为图2刀柄本体部分的示意图；

图4为图2超声波换能器部分的示意图；

图5为无线传输接收装的爆炸图。

图标：1-主轴连接部；2-卸刀部；3-刀盘连接部；4-定位环；5-拉钉；11-主轴连接螺栓孔；21-卸刀槽；22-键槽；110-安装腔体；111-压盖装配腔体；112-压电振子装配腔体；113-锁紧螺栓装配腔体；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；410-变幅杆；412-插装柱；413-螺纹安装孔；415-螺纹孔；420-压电振子；430-盖板；440-锁紧螺栓；500-装配端盖；501-盖压部；502-螺纹部；503-定位凸起。

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。

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。

超声波刀柄结构实施例

如图1到图5所示，在本实施例中提供了一种超声波刀柄结构，所述超声波刀柄结构包括刀柄本体、无线传输接收装置300、超声波换能器；

所述刀柄本体包括顺次连接的主轴连接部1、卸刀部2和刀盘连接部3；所述卸刀部2的周侧设置有一圈凸出的定位环4，所述定位环4靠近所述刀盘连接部3设置；

所述刀盘连接部3的外端开设有安装腔体110；

所述超声波换能器包括变幅杆410和设置在所述变幅杆410的第一端的压电振子420，所述变幅杆410的第二端用于与切削刀具连接；所述变幅杆410的周侧还具有装配端盖500，所述装配端盖500盖压在所述刀盘连接部3的外端，所述压电振子420位于所述安装腔体内，所述压电振子420与所述无线传输接收装置300连接；

所述无线传输接收装置300套设在所述卸刀部的周侧，所述无线传输接收装置300的端面与所述定位环4的端面抵接。

本发明提供的所述超声波刀柄结构，刀柄本体用于起到连接机床主轴、安装超声波换能器等部件的作用，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，超声波换能器用于利用压电振子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。所述超声波刀柄结构，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，超声波换能器通过变幅杆410与刀柄本体连接，通过设置装配端盖500，使变幅杆410和刀柄本体组合更加紧密，加强产品结构强度，该超声波刀柄结构结构强度较好，产品经掉地或碰撞后变幅杆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。

如图1到图5，本实施例的可选方案中，所述超声波换能器还包括盖板430、锁紧螺栓440以及热缩绝缘管。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。进而，变幅杆410的第一端相当于压电振子420的前盖板，盖板430相当于压电振子420的后盖板，通过锁紧螺栓440与变幅杆410上的螺纹孔415配合将压电振子420锁紧在变幅杆410上，无需额外设置压电振子420的前盖板，结构简单，且采用锁紧螺栓440锁紧，装配方便；通过在锁紧螺栓440与压电振子420、盖板430之间设置热缩绝缘管，热缩绝缘管能够起到绝缘保护的作用，防止压电振子420通过锁紧螺栓440发生短路，提高产品使用的稳定性，热缩绝缘管在安装时可先热缩安装在锁紧螺栓440上，不会影响锁紧螺栓440的装配，装配方便。

所述安装腔体110包括沿着所述刀柄本体的外端向内端方向依次连通设置的压盖装配腔体111、压电振子装配腔体112以及锁紧螺栓装配腔体113。所述压盖装配腔体111、压电振子装配腔体112以及锁紧螺栓装配腔体113形成阶梯腔体结构。如此，安装腔体110的锁紧螺栓装配腔体113、压电振子装配腔体112及压盖装配腔体111可用来对应安装变幅杆410的锁紧螺栓440、压电振子420、装配端盖500，各腔体由外向内采用阶梯腔体结构，有利于各部件的定位装配，装配方便。

进一步的，所述刀柄本体在其压盖装配腔体111相对应的内壁上设有锁紧螺纹，从而，便于与装配端盖500螺纹配合，实现装配端盖500的装配。进一步地，所述刀柄本体的外壁上开设有与所述压电振子装配腔体112连通的过线孔130。如此，过线孔130便于实现压电振子420的正极、负极与无线传输接收装置300的接收线圈330的接线。进一步地，所述刀柄本体与其压电振子装配腔体112相对应的内壁上开设有电极避让槽，所述电极避让槽沿着所述刀柄本体的轴向方向设置。如此，电极避让槽能够避让压电振子420的电极接线耳，防止压电振子420的电极接线耳受挤压损坏而影响使用性能。

如图1到图5，本实施例的可选方案中，所述无线传输接收装置300包括接收环支架310、接收磁芯320以及接收线圈330。所述接收环支架310套设在所述刀柄本体的外侧。所述接收环支架310上设有第三安装槽311，所述接收磁芯320安装在所述第三安装槽311中。所述接收磁芯320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321中。采用上述结构，接收磁芯320和接收线圈330能够通过接收环支架310安装在刀柄本体上，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。

本实施例中，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，便于与刀柄本体内的压电振子420接线，接线方便，且接线从内部进行，能够有效保护接线。

如图1到图5，本实施例的可选方案中，所述变幅杆410的第二端设置有锥面，所述锥面的直径从所述变幅杆410的第二端至所述变幅杆的第一端逐渐减小。

进一步的，所述变幅杆410的第二端设置有插装柱412，围绕所述插装柱412均匀的设置有多个螺纹安装孔413。

通过锥台的大端面和螺栓来安装刀盘，刀盘安装的更平稳，磨削处的工件质量更好。

如图……，本实施例的可选方案中，所述装配端盖500的周侧呈阶梯状。

所述装配端盖500与变幅杆410一体成型，包括盖压在所述刀盘连接部3端部的盖压部501和伸入刀盘连接部3内的螺纹部502，所述盖压部501的外径与所述刀盘连接部3的外径相同，其中，盖压部501的周侧设置有一圈定位凸起503，形成阶梯状，用于装配动平衡环，动平衡环套设在所述盖压部501的周侧，与所述定位凸起503抵接。

设置阶梯方便安装动平衡环，调节整个刀体的转动轴线，使其至少与主轴的转动轴线平行。盖压部501盖装在刀盘连接部3的端部，螺纹部502伸入刀盘连接部3与其螺纹连接，连接的更稳定，强度更高，产品经掉地或碰撞后变幅杆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。

如图1到图4，所述主轴连接部1为锥台形，所述主轴连接部1的大端与所述卸刀部2固接，所述主轴连接部1的小端设置有主轴连接螺栓孔11；

所述主轴连接部1的大端的外径小于所述主轴连接部1的第二端的外径。

锥台型的主轴连接部1与现有的大部分主轴匹配，可以安装在机床主轴上，通过拉钉5与机床主轴连接。

进一步的，所述卸刀部2的周侧设置有一圈卸刀槽21，所述卸刀槽21靠近所述主轴连接部1的第二端设置。

通过卸刀槽21，可以在主轴刀柄安装在主轴上以后，通过卸刀槽21更容易卸下刀具。

进一步的，所述卸刀部2的周侧还设置有多个键槽22，多个键槽22一端贯穿所述卸刀部2的外端，另一端贯穿所述卸刀槽21。

键槽22用于与主轴连接，通过插装在键槽22内的连接件，驱动刀柄转动，使刀柄可以稳定的跟随主轴转动。

进一步的，所述键槽22设置有两个，两个所述键槽22围绕所述卸刀槽的中心轴线对称设置。

两个键槽22对称设置，使刀柄的受力更为均匀，可以使刀柄的转动更为稳定。

进一步的，所述主轴连接螺栓孔11内螺接有拉钉5。

通过拉钉标准件与主轴连接，通用性强，可以与主轴快速连接，技术成熟，连接稳定。

最后应说明的是：对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种超声波刀柄结构，其特征在于，包括刀柄本体、无线传输接收装置、超声波换能器；

所述刀柄本体包括顺次连接的主轴连接部、卸刀部和刀盘连接部；所述卸刀部的周侧设置有一圈凸出的定位环，所述定位环靠近所述刀盘连接部设置；

所述刀盘连接部的外端开设有安装腔体；

所述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，所述变幅杆的第二端用于与切削刀具连接；所述变幅杆的周侧还具有装配端盖，所述装配端盖盖压在所述刀盘连接部的外端，所述压电振子位于所述安装腔体内，所述压电振子与所述无线传输接收装置连接；

所述无线传输接收装置套设在所述卸刀部的周侧，所述无线传输接收装置的端面与所述定位环的端面抵接。

2.根据权利要求1所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述超声波换能器还包括盖板、锁紧螺栓以及热缩绝缘管，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，所述热缩绝缘管设置在所述锁紧螺栓与所述压电振子、盖板之间。

3.根据权利要求1所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述无线传输接收装置包括接收环支架、接收磁芯以及接收线圈，所述接收环支架套设在所述刀柄本体的外侧，所述接收环支架上设有第三安装槽，所述接收磁芯安装在所述第三安装槽中，所述接收磁芯上设有第四安装槽，所述接收线圈安装在所述第四安装槽中。

4.根据权利要求1所述的超声波刀柄结构，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。

5.根据权利要求4所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述变幅杆的第二端设置有插装柱，围绕所述插装柱均匀的设置有多个螺纹安装孔。

6.根据权利要求1所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述装配端盖的周侧呈阶梯状。

7.根据权利要求1所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述主轴连接部为锥台形，所述主轴连接部的大端与所述卸刀部固接，所述主轴连接部的小端设置有螺栓孔；

所述主轴连接部的大端的外径小于所述主轴连接部的第二端的外径。

8.根据权利要求7所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述卸刀部的周侧设置有一圈卸刀槽，所述卸刀槽靠近所述主轴连接部的第二端设置。

9.根据权利要求8所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述卸刀部的周侧还设置有多个键槽，多个键槽一端贯穿所述卸刀部的外端，另一端贯穿所述卸刀槽。

10.根据权利要求9所述的超声波刀柄结构，其特征在于，所述键槽设置有两个，两个所述键槽围绕所述卸刀槽的中心轴线对称设置。