CN109158830A - 具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，它包括刀体，所述刀体的头部为楔形结构，作为变幅杆，所述楔形结构的前端设置有滚轮，所述刀体的中部设置有凹槽，所述凹槽内设置有换能器组件，所述刀体的尾部设置有散热扇，所述散热扇和凹槽之间设置有通孔，所述刀体的尾端还设置有无线传输感应盘，所述换能器组件通过线缆与所述无线传输感应盘连接，超声波电源通过线缆与无线传输固定盘连接，所述无线传输固定盘与所述无线传输感应盘相对应，利用电磁感应原理，将超声波发生器的信号输入到所述换能器组件。本发明简化了现有超声滚压装置的结构，实现了超声刀具的数控化换刀，操作简单，拆卸方便，加工精度得到提高，表面质量也得到改善。

Description

具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置

技术领域：

本发明涉及一种精密超精密加工和特种加工技术领域，特别是涉及一种具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置。

背景技术：

随着现代加工技术的发展和数控技术的普及，对零部件的高精度和高表面质量要求越来越高，超声滚压技术被广泛应用于硬脆性材料、高强度钢、硬质合金、钛合金、碳纤维复合材料等难加工材料。同时轴类零件在制造技术中占有较大的比例，而目前现有的超声滚压装置只能实现单独的纵振或者两个方向分别施加超声振动实现纵扭振动，且不能实现自动换刀，前者加工后零件的精度达不到要求，后者结构复杂，且需要两套超声装置，还需要计算出合适的相位差才能在理论上保证纵纽复合振动的实现，此外，这种纵纽复合振动装置在安装上要求的精度较高，安装步骤复杂，且不易调试，总体来说实现纵纽复合振动比较困难。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够实现超声纵扭复合振动、安装调试方便且加工精度高的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置。

本发明的技术方案是：

一种具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，包括刀体，所述刀体的头部为楔形结构，作为变幅杆，所述楔形结构的前端设置有滚轮，所述刀体的中部设置有凹槽，所述凹槽内设置有换能器组件，所述刀体的尾部设置有散热扇，所述散热扇和凹槽之间设置有通孔，所述刀体的尾端底部还设置有无线传输感应盘，所述换能器组件通过线缆与所述无线传输感应盘连接，超声波电源通过线缆与无线传输固定盘连接，所述无线传输固定盘与所述无线传输感应盘相对应，利用电磁感应原理，将超声波发生器的信号输入到所述换能器组件。

所述换能器组件包括连接螺栓、四个压电陶瓷片和四个电极片，所述连接螺栓沿前后水平方向设置，所述凹槽的前端开设有螺纹孔，所述连接螺栓的前端部螺纹连接在所述螺纹孔内，四个所述压电陶瓷片和四个所述电极片套设在所述连接螺栓上，并且所述压电陶瓷片与所述电极片交替设置，所述连接螺栓的前部连接有用于所述压紧压电陶瓷片和所述电极片的压紧螺母，两个所述正极电极片通过导线相连，两个所述负极电极片通过导线相连，两根导线分别连接感应盘的正负极。

所述连接螺栓套有热缩套管，起到绝缘作用，所有的所述压电陶瓷片和电极片位于所述套有热缩套管的螺栓上；所述压电陶瓷片和电极片位于包裹换能器组件的绝缘套内。

所述凹槽设置有保护盖，所述保护盖通过连接螺钉固定在所述刀体上，所述通孔的尾端为沉孔结构，所述散热扇的支架通过固定螺钉安装在沉孔中，所述散热扇通过电压转换器与所述感应盘连接，所需电能来源于感应盘供给。

所述刀体上设置有隔振孔组，所述隔振孔组有两排，每排所述隔振孔组由间隔均匀分布的隔振孔构成，每个所述隔振孔底端有两毫米材料余量，保证刀体刚度。

所述滚轮的轮轴上设置有轴套，二者间隙配合，所述刀体的头部设置一个夹紧板和固定板，二者之间有间隙，并且，所述夹紧板和固定板上设置有轴孔，所述轴套安装在所述轴孔中。

所述轮轴、轴套和轴孔均为同轴设计，同轴度小于0.005mm，所述轮轴与轴套之间的间隙为0.01mm。

所述刀体的尾端底部开设有两个安装孔和一个通线孔，中间的通线孔用来引入感应盘的两根线与所述换能器组件的两根电缆线以及所述散热扇电压转换器连接，所述两个安装孔用于固定所述无线传输感应盘。

所述无线传输感应盘固定在所述刀体的尾端底部，所述无线传输固定盘固定在刀架底座上，所述无线传输感应盘与无线传输固定盘垂直相对，间隙为1mm，既方便换刀又减少能量传输过程中能量的损失，所述无线传输固定盘通过航空插头与超声波电源连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明简化了现有超声滚压装置的结构，整个超声纵扭复合滚压装置便于安装，操作简单，拆卸方便，可实现通过车床控制超声刀具换刀。相比普通滚压加工来说，加工精度得到提高，表面质量也得到改善。该装置与普通车床或数控车床有很高的兼容性，扩大了车床的工艺范围，提高了车床的实用效率和应用范围。

2、本发明刀头部为楔形结构，能够作为变幅杆，简化结构，另外，刀体尾部装有散热扇，有效降低切削过程中刀具的温度，提高产品质量。

3、本发明刀体利用刀架上螺钉固定在车床转台刀架上，无线传输固定盘固定在车床刀架底座，超声波电源通过航空插头与无线传输固定盘连接，利用电磁感应原理，将超声波电源的信号输入到换能器组件中，使其产生一定规律的高频振动，进而带动滚轮产生纵扭振幅，实现超声滚压。整个装置体积小，操作简单，与传统滚压相比明显改善了表面加工质量，并且能够实现多刀位换刀，提高了加工效率，降低生产成本。

4、本发明凹槽内设置有用于包裹换能器组件的绝缘套，绝缘套的设置防止在工作过程中换能器漏电。

5、本发明刀体上设有两排隔振孔组，每排隔振孔组由间隔均匀分布的孔构成，两排隔振孔相错交替排列，防止振动传递到刀具夹持部位；每个隔振孔底端有两毫米材料余量，保证刀体刚度。

6、本发明将滚压装置和超声辅助装置融合在一起，通过回转刀架安装在普通车床或数控车床上，用于解决硬质合金、钛合金、高强度钢等难加工材料的加工难题，扩大了车床的使用范围，易于推广实施，具有良好的经济效益。

附图说明：

图1为具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置的主视结构图；

图2为具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置的右视图；

图3为具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置的仰视图；

图4为图1中刀体的零件仰视图；

图5为图1中刀体的零件俯视图（去掉夹紧板）；

图6为图3中换能器组件的结构图；

图7为图3中滚轮的结构图；

图8为图7中滚轮的侧视图；

图9为图7中B-B剖视图；

图10为具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置的转台刀架安装图；

图11为具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置的机床安装图。

具体实施方式：

实施例：参见图1-图11，图中，1-滚轮，2-轴套，3-连接螺钉，4-夹紧板，5-刀体，6-无线传输感应盘，7-散热扇，8-紧固螺钉，9-隔振孔，10-换能器组件，11-保护盖，12-滚轮安装孔，13-电缆，14-螺钉孔，15-螺纹孔，16-凹槽，17-通孔，18-固定孔，19-电缆孔，20-散热扇安装孔，21-压紧螺母，22-压电陶瓷，23-电极片，24-连接螺栓，25-热缩套管，26-刀架，27-顶紧螺栓，28-螺栓固定架，29-刀架转台，30-无线传输固定盘，31-航空插头，32-螺钉，33-底座，34-电缆，35-超声波电源，36-机床。

具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，包括刀体5，刀体5的前端连接楔形结构的刀体头部，该刀体头部相当于超声波变幅杆，刀体头部的前端安装有滚轮1，滚轮1用于滚压加工，刀体5内安装有换能器组件10，刀体5尾部装有散热扇7，刀体5后端底部装有无线传输感应盘6，无线传输感应盘6通过电缆13与换能器组件10连接。刀体5利用刀架26上螺钉27固定在车床转台刀架29上，无线传输固定盘30固定在车床刀架底座33，超声波电源35通过航空插头31与无线传输固定盘30连接，利用电磁感应原理，将超声波电源的信号输入到换能器组件10。超声波电源35通过无线传输装置对换能器组件10施加超声振幅后，通过楔形的刀体头部将振幅放大到所需的振幅，并作用于滚轮1上，使滚轮1产生纵扭振幅，实现超声滚压。

刀体头部开设有两个螺钉孔14和滚轮安装孔12，夹紧板上也开设有两个螺钉孔13和滚轮安装孔，安装滚轮1时，夹紧板4上的孔与刀头部上的孔相对应，且必须保证一定的同轴度要求。滚轮轴两端分别安装在刀头和夹紧板上的孔内，且轴线与两孔中心连接线重合。滚轮是通过轴套套装在滚轮轴上，为保证轮灵活转动，轴和轴套之间为间隙配合。夹紧板通过两螺钉孔14固定在刀体头部。

刀体5底部开设有凹槽16，换能器组件10安装在凹槽内，为了防止切削液进入凹槽16内烧伤换能器，通过螺钉安装有保护盖11；刀体5内后端开设有安装孔20，安装孔20通过通孔17与凹槽16相贯通，散热扇7插设在安装孔20内并通过螺钉8把风扇支架固定在刀体的后端面上，散热扇7通过电压转换器与感应盘输出电缆相连，所需电能来源于感应盘6；刀体底部后端开设有三个孔，中间的电缆孔19用来引入感应盘的两根线与所述换能器组件10的两根电缆线13以及所述散热扇电压转换器连接，两边的两个固定孔18用于固定所述无线传输感应盘6。

换能器组件10包括连接螺栓24、压电陶瓷片22和电极片23。连接螺栓24沿前后水平方向设置，刀体5内的凹槽16的前端开设有螺纹孔15，连接螺栓24的前端部螺纹连接在螺纹孔15内。压电陶瓷片22和电极片23套设在连接螺栓24上，并且压电陶瓷片22与电极片23交替设置。换能器外部套设有绝缘套管，防止加工过程中由于切削液的进入造成漏电和换能器烧坏。

凹槽16内设置有用于包裹换能器组件10的绝缘套，绝缘套的设置防止在工作过程中换能器漏电。

刀体5上设有隔振孔组（或隔振槽组），所述隔振孔组至少有一排，每排隔振孔组由间隔均匀分布的孔9构成，多排时，隔振孔9相错交替排列，防止振动传递到刀具夹持部位；每个隔振孔9底端有两毫米材料余量，保证刀体刚度。

在进行滚压加工时，将本发明装配在数控车床的回转刀架26上，然后将超声波电源35通过航空插头31与无线传输固定盘30连接，打开超声波电源开关35，超声波电源35的显示屏上显示当前功率信息，通过调节超声波电源35上的旋钮调节得到所需的超声频率和电流，其中超声频率和电流会在超声波电源35的显示屏上显示出来。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，包括刀体，其特征是：所述刀体的头部为楔形结构，作为变幅杆，所述楔形结构的前端设置有滚轮，所述刀体的中部设置有凹槽，所述凹槽内设置有换能器组件，所述刀体的尾部设置有散热扇，所述散热扇和凹槽之间设置有通孔，所述刀体的尾端底部还设置有无线传输感应盘，所述换能器组件通过线缆与所述无线传输感应盘连接，超声波电源通过线缆与无线传输固定盘连接，所述无线传输固定盘与所述无线传输感应盘相对应，利用电磁感应原理，将超声波发生器的信号输入到所述换能器组件。

2.根据权利要求1所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述换能器组件包括连接螺栓、四个压电陶瓷片和四个电极片，所述连接螺栓沿前后水平方向设置，所述凹槽的前端开设有螺纹孔，所述连接螺栓的前端部螺纹连接在所述螺纹孔内，四个所述压电陶瓷片和四个所述电极片套设在所述连接螺栓上，并且所述压电陶瓷片与所述电极片交替设置，所述连接螺栓的前部连接有用于所述压紧压电陶瓷片和所述电极片的压紧螺母，两个所述正极电极片通过导线相连，两个所述负极电极片通过导线相连，两根导线分别连接感应盘的正负极。

3.根据权利要求2所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述连接螺栓套有热缩套管，起到绝缘作用，所有的所述压电陶瓷片和电极片位于所述套有热缩套管的螺栓上；所述压电陶瓷片和电极片位于包裹换能器组件的绝缘套内。

4.根据权利要求1所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述凹槽设置有保护盖，所述保护盖通过连接螺钉固定在所述刀体上，所述通孔的尾端为沉孔结构，所述散热扇的支架通过固定螺钉安装在沉孔中，所述散热扇通过电压转换器与所述感应盘连接，所需电能来源于感应盘供给。

5.根据权利要求1所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述刀体上设置有隔振孔组或隔振槽组，所述隔振孔组有两排，每排所述隔振孔组由间隔均匀分布的隔振孔构成，每个所述隔振孔底端有两毫米材料余量，保证刀体刚度。

6.根据权利要求1所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述滚轮的轮轴上设置有轴套，二者间隙配合，所述刀体的头部设置一个夹紧板和固定板，二者之间有间隙，并且，所述夹紧板和固定板上设置有轴孔，所述轴套安装在所述轴孔中。

7.根据权利要求6所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述轮轴、轴套和轴孔均为同轴设计，同轴度小于0.005mm，所述轮轴与轴套之间的间隙为0.01mm。

8.根据权利要求1所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述刀体的尾端底部开设有两个安装孔和一个通线孔，中间的通线孔用来引入感应盘的两根线与所述换能器组件的两根电缆线以及所述散热扇电压转换器连接，所述两个安装孔用于固定所述无线传输感应盘。

9.根据权利要求1所述的具有无线传输功能的超声纵扭复合滚压装置，其特征是：所述无线传输感应盘固定在所述刀体的尾端底部，所述无线传输固定盘固定在刀架底座上，所述无线传输感应盘与无线传输固定盘垂直相对，间隙为1mm，既方便换刀又减少能量传输过程中能量的损失，所述无线传输固定盘通过航空插头与超声波电源连接。