CN111659914B - 一种超声振动增速刀柄 - Google Patents

Abstract

一种超声振动增速刀柄，属于机械加工设备技术领域，增速行星轮传动机构包括齿圈、行星轮、太阳轮和行星架，增速行星轮传动机构设置于箱体中，输入轴贯穿上端盖延伸至箱体中，输入轴的下端与行星架通过键连接，输出轴的上端通过键与太阳轮固定连接，输出轴的下端设置有盲孔，变幅杆和换能器均安装于盲孔中，导电滑环装配安装在箱体外部的输出轴上，导电滑环装配包括导电滑环转子、碳刷、导电滑环定子以及导电滑环电源插头，变幅杆与弹簧夹头的上部固定连接，弹簧夹头的外部安装有螺帽，刀具可拆卸地插装于弹簧夹头中。本发明提供的超声振动增速刀柄能使微小型硬脆性工件加工时获得较高的表面加工质量、加工精度及加工效率。

Description

一种超声振动增速刀柄

技术领域

本发明属于机械加工设备技术领域，具体涉及一种超声振动增速刀柄。

背景技术

随着科学技术的发展，对材料的要求不断提高，尤其是在航空航天、机械及精密加工领域。除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有较好的综合性能。但这些材料往往具有高强度、高硬度、高脆性以及各向异性等加工难点，使得传统的切削工艺难以实现高效、高质量的切削加工。

而超声振动切削加工，在传统的切削工艺中加以超声辅助，在切削硬脆性材料时可以有效地减小切削力，减小磨损，提高加工效率。但在航空航天及精密加工领域，存在一些尺寸较小但加工要求较高的零件，在加工这些零件时，仅靠超声振动切削无法得到较高的加工表面质量。

专利 201910343969.1的超声刀柄采用对称设计的法兰盘，在法兰盘上对称设置的第一压电陶瓷组件、第二压电陶瓷组件共同作为超声激励，且在变幅杆的圆柱段上设置一圈螺旋槽。专利201910942820.5的超声换能器及超声刀柄通过将换能器内部每层压电陶瓷设置成偶数个极化分区，对应输入偶数个不同信号，通过不同信号之间的频率和相位差的调节，实现超声刀柄复杂的运动轨迹，从而降低加工工件的表面粗糙度。上述两项专利利用超声振动辅助切削，加工硬脆性材料时可以得到较好的加工效果，但若是工件较小无法得到较好的加工表面。专利201710197351.X的主轴增速器通过泵送装置向齿轮持续喷向高压润滑油，使齿轮上裹覆有足够的润滑油，且高压润滑油有利于通过冲压力冲离原先的润滑油，使更多的新润滑油附着在齿轮上。当轮齿啮合时，齿轮之间的润滑性提高，有效地降低齿轮发热的问题。专利201920497084.2的机床主轴增速装置包括拉刀单元和动力传动单元，拉刀单元和动力传动单元由箱体和设置在拉刀单元和动力传动单元底部的盖板固定，动力传动单元带动拉刀单元转动。上述两项专利进一步完善了主轴增速器的性能部分，但在加工硬脆性材料时仍达不到理想的加工效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决微小型硬脆性工件加工时如何获得较高的表面加工质量、加工精度及加工效率的技术问题，本发明提供一种超声振动增速刀柄。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种超声振动增速刀柄，它包括输入轴、输出轴、箱体、增速行星轮传动机构、导电滑环装配、换能器、变幅杆和弹簧夹头，其中：

所述箱体的侧壁中开设有螺旋状上升的冷却通道，冷却通道下端位置处箱体的侧壁上设置有冷却通道入口，冷却通道上端位置处箱体的侧壁上设置有冷却通道出口；箱体的上端面上设置有上端盖，箱体的下端面上设置有下端盖；所述输入轴的上端设置为锥形刀柄接头，输入轴贯穿上端盖延伸至箱体中，所述增速行星轮传动机构设置于箱体中，增速行星轮传动机构包括齿圈、行星轮、太阳轮和行星架，输入轴的下端与行星架通过键连接，行星轮通过套筒安装于行星架上并用弹性挡圈固定，行星轮沿周向均匀布置在太阳轮四周，齿圈的内圆面与行星轮啮合，太阳轮与行星轮啮合，输入轴驱动行星架带动行星轮自转的同时绕太阳轮公转，行星轮驱动太阳轮仅自转；所述输出轴的上端通过键与太阳轮固定连接，输出轴的下端贯穿下端盖延伸至箱体的外部，输出轴的下端设置有盲孔，所述导电滑环装配安装在箱体外部的输出轴上，导电滑环装配包括导电滑环转子、碳刷、导电滑环定子以及导电滑环电源插头，导电滑环定子固定安装在箱体的下方，导电滑环电源插头沿径向安装于导电滑环定子上，导电滑环转子通过紧定螺钉固定在输出轴上，碳刷设置于导电滑环转子与导电滑环定子之间的环形孔隙内；

所述变幅杆和换能器均安装于输出轴下端的盲孔中，变幅杆安装于换能器的下方，盲孔的开口位置处设置有挡板，变幅杆的下端部贯穿挡板延伸至输出轴的外部，换能器与导电滑环转子电性连接，变幅杆伸出输出轴外部的部分与弹簧夹头的上部固定连接，弹簧夹头的外部安装有螺帽，刀具可拆卸地插装于弹簧夹头中。

进一步地，所述输入轴和输出轴均通过轴承与箱体连接，在箱体侧壁上开设用于润滑轴承的润滑油路，在润滑油路入口设置于箱体的上端面上，润滑油路入口处安装有油杯。

进一步地，所述冷却通道入口和冷却通道出口位置处均加工有螺纹。

进一步地，所述上端盖通过螺钉固定安装在箱体的上端面上，上端盖与箱体内壁的装配面之间设置有上端盖密封圈，下端盖与箱体内壁的装配面之间设置有下端盖密封圈。

进一步地，所述箱体的上端面上设置有用于与机床相配合的卡片。

进一步地，所述齿圈与箱体过盈配合。

进一步地，所述导电滑环定子的材质为绝缘材料。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

1、由齿圈、行星轮、太阳轮和行星架组成的增速行星齿轮，齿圈固定在箱体上，由行星架输入，带动行星轮转动，行星轮和太阳轮啮合，进而带动太阳轮转动，由太阳轮输出，可以增加主轴转速，使零件在高速加工条件下获得更好的加工表面质量。

2、由导电滑环装配、换能器和变幅杆组成的超声振动装置，导电滑环装配供电，换能器将电信号转变成机械振动，变幅杆再将这种振动放大传递给刀具，实现超声振动切削，可以有效地解决微小型硬脆行材料的加工问题，工件表面可以达到较好的光洁度和精密度，还可以提高加工效率。

3、箱体内部开设润滑油路通道和冷却通道，可以极大地减小轴承在高速旋转过程中的摩擦，带走在加工过程中产生的热量。

附图说明

图1为本发明整体主视剖视结构示意图。

图中，1为锥形刀柄接口；2为输入轴，3为螺钉，4为上端盖，5为上端盖密封圈，6为卡片，7为油杯，8为润滑油路，9为冷却通道，10为冷却通道入口，11为下端盖密封圈，12为下端盖，13为换能器，14为输出轴，15为变幅杆，16为挡板，17为刀具，18为螺帽，19为弹簧夹头，20为紧定螺钉，21为导电滑环电源插头，22为导电滑环转子，23为碳刷，24为导电滑环定子，25为齿圈，26为行星轮，27为冷却通道出口，28为箱体，29为套筒，30为太阳轮，31为行星架，32为轴承。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件。另外，对于本领域技术人员而言，在不偏离本发明的实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

如图1所示的一种超声振动增速刀柄，它包括输入轴2、输出轴14、箱体28、增速行星轮传动机构、导电滑环装配、换能器13、变幅杆15和弹簧夹头19，其特征在于：

所述箱体28的侧壁中开设有螺旋状上升的冷却通道9，冷却通道9下端位置处箱体28的侧壁上设置有冷却通道入口10，冷却通道9上端位置处箱体28的侧壁上设置有冷却通道出口27，这样冷却通道9内通入的高压冷空气可以与设备散热形成对流，冷却更充分；箱体28的上端面上设置有上端盖4，箱体28的下端面上设置有下端盖12；所述输入轴2的上端设置为锥形刀柄接头1，工作时超声振动增速刀柄通过锥形刀柄接头1吸附在加工中心主轴上，输入轴2贯穿上端盖4延伸至箱体28中，所述增速行星轮传动机构设置于箱体28中，增速行星轮传动机构包括齿圈25、行星轮26、太阳轮30和行星架31，输入轴2的下端与行星架31通过键连接，行星轮26通过套筒29安装于行星架31上并用弹性挡圈固定，行星轮26沿周向均匀布置在太阳轮30四周，齿圈25的内圆面与行星轮26啮合，太阳轮30与行星轮26啮合，输入轴2驱动行星架31带动行星轮26自转的同时绕太阳轮30公转，行星轮26驱动太阳轮30仅自转；所述输出轴14的上端通过键与太阳轮30固定连接，输出轴14的下端贯穿下端盖12延伸至箱体28的外部，输出轴14的下端设置有盲孔，所述导电滑环装配安装在箱体28外部的输出轴14上，导电滑环装配包括导电滑环转子22、碳刷23、导电滑环定子24以及导电滑环电源插头21，导电滑环定子24固定安装在箱体28的下方，在工作过程中导电滑环定子24与箱体28保持相对静止；导电滑环电源插头21沿径向安装于导电滑环定子24上，导电滑环转子22通过紧定螺钉20固定在输出轴14上，碳刷23设置于导电滑环转子22与导电滑环定子24之间的环形孔隙内；

所述变幅杆15和换能器13均安装于输出轴14下端的盲孔中，变幅杆15安装于换能器13的下方，盲孔的开口位置处设置有挡板16，变幅杆15的下端部贯穿挡板16延伸至输出轴14的外部，换能器13与导电滑环转子22电性连接，当超声振动增速刀柄工作时，导电滑环电源插头21与外部电源连接，实现换能器13和导电滑环装配的供电；变幅杆15伸出输出轴14外部的部分与弹簧夹头19的上部固定连接，弹簧夹头19的外部安装有螺帽18，刀具17可拆卸地插装于弹簧夹头19中。

进一步地，所述输入轴2和输出轴14均通过轴承32与箱体28连接，由于轴承32在高速旋转，所以在箱体28侧壁上开设用于润滑轴承32的润滑油路8，在润滑油路8入口设置于箱体28的上端面上，润滑油路8入口处安装有油杯7。

进一步地，所述冷却通道入口10和冷却通道出口27位置处均加工有螺纹，当超声振动增速刀柄工作时，冷空气管道与冷却通道入口10螺纹连接，向超声振动增速刀柄内输入高压冷空气，换热后的热空气从冷却通道出口27排出，带走加工过程中的热量。

进一步地，所述上端盖4通过螺钉3固定安装在箱体28的上端面上，上端盖4与箱体28内壁的装配面之间设置有上端盖密封圈5，下端盖12与箱体28内壁的装配面之间设置有下端盖密封圈11。

进一步地，所述箱体28的上端面上设置有用于与机床相配合的卡片6，箱体28通过卡片6与机床的配合，使箱体28与机床保持相对静止，箱体28在工作过程中固定不动。

进一步地，所述齿圈25与箱体28过盈配合。

进一步地，所述导电滑环定子24的材质为绝缘材料。

本发明所述的一种超声振动增速刀柄的使用方法如下：

首先，通过标准件——锥形刀柄接口1安装在加工中心机床主轴输出锥孔上，箱体28通过卡片6卡在机床上，在机床工作过程中箱体28固定不动。主轴旋转时，带动输入轴2旋转，输入轴2与增速行星齿轮的行星架31相连，行星架31又和行星轮26配合从而带动行星轮26旋转，进一步，行星轮26与太阳轮30啮合带动太阳轮30旋转，太阳轮30与输出轴14用键固定连接，从而带动输出轴14旋转，进而实现了增速；

同时，超声振动部分通过导电滑环电源插头21与外部电源接通，导电滑环再通过导线将电信号传递给换能器13，换能器13将电信号转变成机械振动，变幅杆15再将这种振动放大传递给刀具17；

此外，在超声振动增速刀柄工作前，可以通过油杯7向润滑油路8中注入润滑油，以润滑轴承，减小摩擦。在超声振动增速刀柄工作过程中，通过冷却通道9向刀柄中注入高压冷空气，带走在工作过程中产生的热量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种超声振动增速刀柄，它包括输入轴（2）、输出轴（14）、箱体（28）、增速行星轮传动机构、导电滑环装配、换能器（13）、变幅杆（15）和弹簧夹头（19），其特征在于：

所述箱体（28）的侧壁中开设有螺旋状上升的冷却通道（9），冷却通道（9）下端位置处箱体（28）的侧壁上设置有冷却通道入口（10），冷却通道（9）上端位置处箱体（28）的侧壁上设置有冷却通道出口（27）；箱体（28）的上端面上设置有上端盖（4），箱体（28）的下端面上设置有下端盖（12）；所述输入轴（2）的上端设置为锥形刀柄接头（1），输入轴（2）贯穿上端盖（4）延伸至箱体（28）中，所述增速行星轮传动机构设置于箱体（28）中，增速行星轮传动机构包括齿圈（25）、行星轮（26）、太阳轮（30）和行星架（31），输入轴（2）的下端与行星架（31）通过键连接，行星轮（26）通过套筒（29）安装于行星架（31）上并用弹性挡圈固定，行星轮（26）沿周向均匀布置在太阳轮（30）四周，齿圈（25）的内圆面与行星轮（26）啮合，太阳轮（30）与行星轮（26）啮合，输入轴（2）驱动行星架（31）带动行星轮（26）自转的同时绕太阳轮（30）公转，行星轮（26）驱动太阳轮（30）仅自转；所述输出轴（14）的上端通过键与太阳轮（30）固定连接，输出轴（14）的下端贯穿下端盖（12）延伸至箱体（28）的外部，输出轴（14）的下端设置有盲孔，所述导电滑环装配安装在箱体（28）外部的输出轴（14）上，导电滑环装配包括导电滑环转子（22）、碳刷（23）、导电滑环定子（24）以及导电滑环电源插头（21），导电滑环定子（24）固定安装在箱体（28）的下方，导电滑环电源插头（21）沿径向安装于导电滑环定子（24）上，导电滑环转子（22）通过紧定螺钉（20）固定在输出轴（14）上，碳刷（23）设置于导电滑环转子（22）与导电滑环定子（24）之间的环形孔隙内；

所述变幅杆（15）和换能器（13）均安装于输出轴（14）下端的盲孔中，变幅杆（15）安装于换能器（13）的下方，盲孔的开口位置处设置有挡板（16），变幅杆（15）的下端部贯穿挡板（16）延伸至输出轴（14）的外部，换能器（13）与导电滑环转子（22）电性连接，变幅杆（15）伸出输出轴（14）外部的部分与弹簧夹头（19）的上部固定连接，弹簧夹头（19）的外部安装有螺帽（18），刀具（17）可拆卸地插装于弹簧夹头（19）中。

2.根据权利要求1所述的一种超声振动增速刀柄，其特征在于：所述输入轴（2）和输出轴（14）均通过轴承（32）与箱体（28）连接，在箱体（28）侧壁上开设用于润滑轴承（32）的润滑油路（8），润滑油路（8）入口设置于箱体（28）的上端面上，润滑油路（8）入口处安装有油杯（7）。

3.根据权利要求1所述的一种超声振动增速刀柄，其特征在于：所述冷却通道入口（10）和冷却通道出口（27）位置处均加工有螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种超声振动增速刀柄，其特征在于：所述上端盖（4）通过螺钉（3）固定安装在箱体（28）的上端面上，上端盖（4）与箱体（28）内壁的装配面之间设置有上端盖密封圈（5），下端盖（12）与箱体（28）内壁的装配面之间设置有下端盖密封圈（11）。

5.根据权利要求1所述的一种超声振动增速刀柄，其特征在于：所述箱体（28）的上端面上设置有用于与机床相配合的卡片（6）。

6.根据权利要求1所述的一种超声振动增速刀柄，其特征在于：所述齿圈（25）与箱体（28）过盈配合。

7.根据权利要求1所述的一种超声振动增速刀柄，其特征在于：所述导电滑环定子（24）的材质为绝缘材料。

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