CN111618635A - 超音波加工机的模块化工具夹持器 - Google Patents

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CN111618635A CN201910146885.9A CN201910146885A CN111618635A CN 111618635 A CN111618635 A CN 111618635A CN 201910146885 A CN201910146885 A CN 201910146885A CN 111618635 A CN111618635 A CN 111618635A
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/12—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for securing to a spindle in general
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

本发明提供一种超音波加工机的模块化工具夹持器，用于与一通过一心轴提供一电源的一加工机并用，其包括：被容纳在心轴中的一柄部，柄部上设置有与心轴形成电气连接的一导电盘；一工具架设部，包括一轴向延伸的工具架设孔径，能容纳及固定一工具的一部份；一固设于工具架设部内的超音波振动单元，其能接收电源并产生一高频振动，该高频振动经由工具架设孔径传递到工具；以及一被锁固于该工具架设孔径上的分离式工具夹头，供结合不同形式及不同规格的工具替换使用。

Description

超音波加工机的模块化工具夹持器
技术领域
本发明涉及一种工具夹持器，特别是指一种应用于超音波加工的模块化工具夹持器。
背景技术
现有超音波加工机(Ultrasonic Machining,USM)，是将超音波振动单元安装在一旋转主轴上，使得超音波所产生的高频振动，经由一工具夹持器传递到一工具上，让工具兼具有高速旋转及超音波高频振动等功能，可用以进行各种研磨或切削加工，特别适用于硬脆材料的精密加工。
使用超音波加工机进行加工时，工具的切削面不断高频振动并与切屑分离，明显改善切屑与加工工具的切削面间，因高温、高压所造成的不良效果，进而提供防止颤纹、降低切削阻力、降低加工应变、有效改善排屑及有效改善加工表面等切削作业效果。
超音波加工机工作时，振动源由超音波振动单元产生，经由工具夹持器传递到工具刀尖，使的对一被加工件进行超音波高频振动加工作业。超音波加工作业期间，除超音波高频振动外，超音波加工机各种部件相互接触工作，也必然产生不期待的意外振动；此不期待的意外振动与超音波高频振动间产生相互干扰，进而影响加工工序，对产品精度具有不利的影响。
加长长度的长形工具夹持器或例如美国USP1502528、USP2716030及USP8821084等专利案所揭示的组合连接式工具夹持器，在应用高的细长比(L/D)时，往往受到工具夹持器的材料刚性与精度所影响，造成加工质量不佳或无法加工的问题，是目前加工机所面临的加工瓶颈；或者上述工具夹持器如被应用于超音波加工机时，由于超音波高频振动源的传递路径加长，超音波振动与上述不期待的意外振动相互干扰的情形将更为严重，工具夹持器受到超音波高频振动影响而产生连结振动的情形，且各种振动频率的最大振幅点位置更难以控制在工具的刀尖位置上，导致不期望的切削性能，诸如较差的工件表面光洁度和超过公差范围的已加工工件；进而对机器和对工具产生磨损，在最坏的情况下结果是导致无法修复的损坏。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种超音波加工机的模块化工具夹持器，其能有效缩短超音波高频振动源的传递路径，避免工具夹持器受到超音波高频振动影响而产生不期待的连结振动，维持较优的工件表面光洁度和加工精密度。
本发明的次一目的在于提供一种超音波加工机的模块化工具夹持器，其能改善工具夹持器因长度加长，造成刚性降低与偏摆增加的问题，及克服高细长比工具夹持器刚性不足问题，并能缩短细长比，如图1所示，工具夹持器的细长比由未设超音波振动器的L1/D，缩短至本发明设置前置式超音波振动器的L/D，同时工具夹持器的长度可以持续加长，其细长比维持于L/D的固定值，不受限于L1的长度。
本发明的又一目的在于提供一种超音波加工机的模块化工具夹持器，特别适合应用于各式不同加长长度的长形工具夹持器或组合连接式工具夹持器中使用。
本发明的另一目的在于提供一种超音波加工机的模块化工具夹持器，利用一分离式工具夹头，模块化结合不同形式及不同规格的工具替换使用，特别适用于五轴加工机或其它特殊要求等，可避免干涉现象与保持最佳的刚性，并具有灵活性，热缩式刀杆或ER弹性筒夹刀杆等均可使用。
可达成上述发明目的的超音波加工机的模块化工具夹持器，用于与一通过一心轴提供一电源的一加工机并用，该工具夹持器包括：被容纳在该心轴中的一柄部，该柄部上设置有一导电盘，该导电盘与该心轴形成电气连接，用以导通该电源至该工具夹持器；一工具架设部，包括一轴向延伸的工具架设孔径；一固设于该工具架设部内的超音波振动单元，该超音波振动单元电性连接至该导电盘，而能接收该电源并产生一高频振动，该高频振动经由该工具架设部传递到该工具；以及一被锁固于该工具架设孔径上的分离式工具夹头，供结合不同形式及不同规格的工具替换使用。
在本发明一较佳实施例中，其中该分离式工具夹头系使用一锁紧件，以能被拆换方式锁固于该工具架设孔径上。
在本发明一较佳实施例中，其中该柄部与该工具架设部内部设有相互连通的电缆导孔，该导电盘经由穿过该电缆导孔的一电缆线，电性连接至该超音波振动单元。
在本发明一较佳实施例中，还包括有至少一个串接于该柄部与该工具架设部之间的延伸套管模块。
在本发明一较佳实施例中，其中该延伸套管模块具有一公接头端部及一母接头端部，使各延伸套管模块能够首尾相互串接。
本发明所提供的超音波加工机的模块化工具夹持器，将超音波振动单元设置于用以固定工具的工具架设部上，能有效缩短超音波高频振动源的传递路径，避免工具夹持器受到超音波高频振动影响而产生不期待的连结振动，同时解决加工时所面临高细长比工具夹持器固有无法解决的刚性不足问题，维持较优的工件表面光洁度和加工精密度。尤其是加长长度的长形工具夹持器或组合连接式工具夹持器，特别适合使用本发明所提供的超音波加工机的模块化工具夹持器。再者，本发明利用一分离式工具夹头，模块化结合不同形式及不同规格的工具替换使用，特别适用于五轴加工机或其它特殊要求等，可避免干涉现象，并具有灵活性，热缩式刀杆或ER弹性筒夹刀杆等均可使用。
附图说明
图1为本发明超音波加工机的模块化工具夹持器的剖面视图；
图2为图1中工具架设部的放大视图。
具体实施方式
请同时参阅图1及图2，本发明所提供的超音波加工机的模块化工具夹持器，用于与一通过一心轴(图未示出)提供一电源的一加工机并用，该工具夹持器包括：被容纳在该心轴中的一柄部10，该柄部10上设置有一导电盘11，该导电盘11与该心轴形成电气连接，用以导通该电源至该导电盘11；一工具架设部20，包括一轴向延伸的工具架设孔径21；一固设于该工具架设部20内的超音波振动单元30，该超音波振动单元30电性连接至该导电盘11，而能接收该电源并产生一高频振动，该高频振动经由该工具架设孔径21传递到该工具；以及一被锁固于该工具架设孔径21上的分离式工具夹头22，供结合不同形式及不同规格的工具替换使用。上述构成的前置式超音波振动单元，能够有效缩短超音波高频振动源的传递路径。
柄部10具有一锥形外表面15，其配置成可被容纳在一加工机的心轴中，使工具夹持器及心轴相互对齐，并延轴向紧密连接。且柄部10的外部构造，被配置成允许工具夹持器可用于自动化工具改变系统中。
该工具架设部20大致上可为一圆筒形组件，该工具架设孔径21可供分离式工具夹头22的一部份架设其上，并使用一锁紧件23，将该分离式工具夹头22以能被拆换方式锁固于该工具架设孔径21上。采用上述模块化设计的分离式工具夹头22，得视需要随时拆换使用热缩式刀杆或ER弹性筒夹刀杆等不同形式刀杆，具备使用灵活性，特别适用于多轴加工机(尤指五轴加工机)或其它特殊要求等，可避免干涉现象与保持最佳的刚性。上述利用锁紧件23锁固分离式工具夹头22的方式，并非惟一选择，熟悉此技艺人士应能了解到可采用其它固定分离式工具夹头22的方法。
在本发明一较佳实施例中，其中该柄部10与该工具架设部20内部设有相互连通的电缆导孔12，该导电盘11经由穿过该电缆导孔12的一电缆线13，电性连接至该超音波振动单元30。该导电盘11与加工机的心轴间，可以采用非接触式导电连接，例如利用电磁感应通电等；当然导电盘11与加工机的心轴间，也可采用二个电极的接触式导电连接，能将电源的电力供应至作为碳刷的导电盘11，在此不另说明。
本发明另一优选实施例，系在该柄部10与该工具架设部20之间，更设置有至少一个延伸套管模块40，每一延伸套管模块40具有一公接头端部41及一母接头端部42，且于柄部10上设有对应的公接头端部14，工具架设部20上则设有对应的母接头端部26，使各延伸套管模块40能够与该柄部10及该工具架设部20相互连接，各延伸套管模块40也能首尾相互串接。使用者可视加工需要，选择所使用延伸套管模块40的个数，以调整工具夹持器所需的长度。
本发明所提供的超音波加工机的模块化工具夹持器，将超音波振动单元设置于用以固定工具的工具架设部上，能有效缩短超音波高频振动源的传递路径，避免工具夹持器受到超音波高频振动影响而产生不期待的连结振动，同时解决加工时所面临高细长比工具夹持器固有无法解决的刚性不足问题，维持较优的工件表面光洁度和加工精密度。尤其是加长长度的长形工具夹持器或组合连接式工具夹持器，特别适合使用本发明所提供的超音波加工机的模块化工具夹持器。再者，本发明利用一分离式工具夹头，模块化结合不同形式及不同规格的工具替换使用，特别适用于五轴加工机或其它特殊要求等，可避免干涉现象，并具有灵活性，热缩式刀杆或ER弹性筒夹刀杆等均可使用。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超音波加工机的模块化工具夹持器，用于与一通过一心轴提供一电源的一加工机并用，其特征在于，该工具夹持器包括：
被容纳在该心轴中的一柄部，该柄部上设置有一导电盘，该导电盘与该心轴形成电气连接，用以导通该电源至该工具夹持器；
一工具架设部，包括一轴向延伸的工具架设孔径；
一固设于该工具架设部内的超音波振动单元，该超音波振动单元电性连接至该导电盘，而能接收该电源并产生一高频振动，该高频振动经由该工具架设部传递到该工具；以及
一被锁固于该工具架设孔径上的分离式工具夹头，供结合不同形式及不同规格的工具替换使用。
2.根据权利要求1所述的超音波加工机的模块化工具夹持器，其特征在于：该分离式工具夹头使用一锁紧件，以能被拆换方式锁固于该工具架设孔径上。
3.根据权利要求1所述的超音波加工机的模块化工具夹持器，其特征在于：该柄部与该工具架设部内部设有相互连通的电缆导孔，该导电盘经由穿过该电缆导孔的一电缆线，电性连接至该超音波振动单元。
4.根据权利要求1所述的超音波加工机的模块化工具夹持器，其特征在于：还包括有至少一个串接于该柄部与该工具架设部之间的延伸套管模块。
5.根据权利要求4所述的超音波加工机的模块化工具夹持器，其特征在于：该延伸套管模块具有一公接头端部及一母接头端部，使各延伸套管模块能够首尾相互串接。
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