CN115070072A - 一种用于表面加工的超声振动切割刀具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于表面加工的超声振动切割刀具，用于超声振动切割领域，超声波发生器和超声换能器电连接，超声换能器将超声波发生器的电能转换为同频率的轴向机械振动，调幅器调整振动幅度并将振动能量传递到刀头，使刀刃产生同频率的切割运动，刀刃运动方向为刀尖的切向。刀头伸出于外壳之外可用于切割毛刺；弹性压紧机构对外壳提供侧向弹力，使刀头倾斜压在工件表面，对于不平整的工件表面，刀头朝向远离刀刃的方向拖刀进给，在此过程中刀刃并不直接朝向工件的表面，可以避免造成切削损伤；该刀具对零件表面形状要求低，利用弹性压紧机构的作用将刀头压在工件的表面，与工件表面时刻保持贴合，自适应性强，可随形去除飞边毛刺。

Description

一种用于表面加工的超声振动切割刀具

技术领域

本发明涉及超声振动切割领域，更进一步涉及一种用于表面加工的超声振动切割刀具。

背景技术

金属板材在焊接、机加等工艺之后在材料表面产生飞边和毛刺，肉眼可见的明显飞边和毛刺的去除方式主要有人工打磨、机床铣削加工等。人工打磨以经验为主，且加工质量深受加工者的个人熟练程度影响，加工效率低，加工质量一致性差。

机床铣削加工去除毛刺的方式对于零件轮廓平整度要求高，难以应用于具有复杂表面的工件加工；而金属件尤其是金属板材在焊接后极易出现或多或少的应力导致的变形，常规的铣削会存在去除量不均，伤及材料本体的情况。

对于本领域的技术人员来说，如何对表面形状不平整的工件加工去毛刺，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于表面加工的超声振动切割刀具，解决了无法针对非平整表面加工去毛刺的问题，具体方案如下：

一种用于表面加工的超声振动切割刀具，包括外壳、超声换能器、调幅器、刀头、超声波发生器，所述超声换能器和所述调幅器安装于所述外壳，所述超声波发生器和所述超声换能器电连接，所述刀头包括楔形块，所述楔形块的厚度沿轴线方向朝向远端逐渐减小；所述楔形块的两侧表面与轴线的夹角不等；

所述楔形块的远端设置刃尖，所述刃尖朝向所述楔形块倾角较小的一侧翘起；

所述超声换能器将所述超声波发生器的电能转换为轴向机械振动，所述调幅器调整振动幅度并将振动能量传递到所述刀头；所述刃尖的振动方向为刃尖的切向；

所述刀头能够朝向远离刀刃的方向沿工件表面拖刀进给实现切削。

可选地，还包括弹性压紧机构，所述弹性压紧机构对所述外壳提供侧向弹力，使所述刀头倾斜压在工件表面。

可选地，所述弹性压紧机构设置于所述楔形块倾角较小的一侧施加弹性推力。

可选地，所述弹性压紧机构设置于所述楔形块倾角较大的一侧施加弹性拉力。

可选地，所述刀头沿轴线方向为变截面结构，包括首尾对接固定的圆柱和所述楔形块。

可选地，所述楔形块的其中一侧表面与轴线的夹角平行。

可选地，所述刃尖为楔形，厚度向远端逐渐减小。

可选地，所述弹性压紧机构为弹簧或气动支撑。

可选地，所述外壳的外部设置快拆夹持机构。

本发明提供一种用于表面加工的超声振动切割刀具，超声波发生器信号连接于超声换能器，超声换能器将超声波发生器的电能转换为轴向机械振动，调幅器调整振动幅度并将振动能量传递到刀头，由于刀头包括楔形块，楔形块的厚度沿轴线方向朝向远端逐渐减小，楔形块的两侧表面与轴线的夹角不等，并且楔形块的远端设置刃尖，刃尖朝向楔形块倾角较小的一侧翘起，整个刀头呈非对称造型，调幅器调整振动幅度并将振动能量传递到刀头，刃尖的振动方向为刃尖的切向，通过刃尖的振动切割工件表面的毛刺，使用时刀头倾斜压在工件表面，对于不平整的工件表面，刀头朝向远离刀刃的方向沿工件表面拖刀进给，在此过程中刀刃并不直接朝向工件的表面，可以避免造成切削损伤；该刀具对零件表面形状要求低，与工件表面时刻保持贴合，自适应性强，可随形去除飞边毛刺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的用于表面加工的超声振动切割刀具的整体结构示意图；

图2为弹性压紧机构第一种布置形式的示意图；

图3为弹性压紧机构第二种布置形式的示意图；

图4为弹性压紧机构第三种布置形式的示意图；

图5为刀头的轴测结构示意图；

图6为刀头的正视示意图；

图7为刀头的侧视示意图。

图中包括：

外壳1、超声换能器2、调幅器3、刀头4、圆柱41、楔形块42、刃尖43、超声波发生器5、弹性压紧机构6。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种用于表面加工的超声振动切割刀具，解决了无法针对非平整表面加工去毛刺的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的用于表面加工的超声振动切割刀具进行详细的介绍说明。

结合图1，本发明提供一种用于表面加工的超声振动切割刀具，其中包括外壳1、超声换能器2、调幅器3、刀头4、超声波发生器5等结构，超声换能器2安装于外壳1之内，超声波发生器5信号连接于超声换能器2，超声波发生器5和超声换能器2两者保持电连接，超声波发生器5向超声换能器2输出电能，超声换能器2将超声波发生器5的电能转换为轴向机械振动。

刀头4包括楔形块42，楔形块42的厚度沿轴线方向朝向远端逐渐减小；楔形块42包括两个形成锐角夹角的表面，楔形块42的两侧表面与轴线的夹角不等，结合图7，从侧面看，楔形块42为非对称结构，左侧表面的倾角大于右侧表面的倾角，倾角较大的一侧表面在使用时朝向工件的表面，可以与工件的表面形成更好的贴合效果，便于使用。

楔形块42的远端设置刃尖43，刃尖43朝向楔形块42倾角较小的一侧翘起；结合图7，刃尖43在楔形块42远端形成的锐角夹角的基础上进一步朝向右下方倾斜，通过设置刃尖43使楔形块42远端的倾斜程度进一步增大，在使用的过程中，刃尖43的左侧面可以与工件的表面接触，增大接触面积，提升去除毛刺的效率。

调幅器3由外壳1支撑，调幅器3为变截面结构，其外周设置法兰盘，起到放大振动幅度的效果。调幅器3调整振动幅度并将振动能量传递到刀头4，刃尖43的振动方向为刃尖43的切向(如图4中刃尖43朝向下方的表面方向)，通过刃尖43的振动切割工件表面的毛刺，使用时刀头43倾斜(整个超声振动切割刀具的中心线不垂直于工件表面)压在工件表面，对于不平整的工件表面，刀头4朝向远离刀刃的方向沿工件表面拖刀进给，在此过程中刀刃并不直接垂直正对工件的表面，可以避免造成切削损伤；该刀具对零件表面形状要求低，利用弹性压紧机构的作用将刀头压在工件的表面，与工件表面时刻保持贴合，自适应性强，可随形去除飞边毛刺。

本发明的用于表面加工的超声振动切割刀具可以实现拖刀加工的方式去除毛刺，对零件表面形状要求低，并不要求工件表面完全平整，沿工件表面移动时与工件表面时刻保持贴合，达到自适应切割的效果，可随形去除飞边毛刺。本发明的切割刀具可以实现拖刀运动切割的方式去除毛刺，但并不意味着该切割刀具仅能够做拖刀运动，还可以采用推刀运动的方式去除毛刺，例如刀具仍然保持图2所示的状态，但向左侧平移运动，这种运刀方式主要适用于工件表面平整没有明显起伏的区域。或者将整个切割刀具围绕图2的虚线轴线转动180度(与图2所示的状态对称)，此时仍向右移动。

本发明的用于表面加工的超声振动切割刀具还包括弹性压紧机构6，弹性压紧机构6对外壳1提供侧向弹力，使刀头4倾斜压在工件表面。具体地，弹性压紧机构6对外壳1提供侧向弹力，弹性压紧机构6对外壳1的弹力方向大致垂直于外壳1的外壁，外壳1受到弹性压紧机构6产生的弹性力，通过弹性压紧机构6的弹力使刀头4倾斜压在工件表面，也即刀头4并非垂直正对工件表面，而是与工件表面形成一定的夹角；刀头4能够朝向远离刀刃的方向拖刀进给，如图2、图3、图4所示，刀头4的刀刃朝向左下方，外壳1朝向右上方，工件的表面呈水平方向，刀头4与工件的表面形成锐角，弹性压紧机构6对外壳1施加的压力朝向右下方；刀头4的运动方向朝向右侧，平行于工件的表面，对于曲面位置则运动方向与工件的表面相切，刀刃的朝向与运刀的方向相背，进行拖刀运动，相当于拉动外壳1，外壳1对刀头4形成拖拉的效果，刀关4运动的过程中，刀刃并不直接正对工件的表面，刀刃不直接切割工件，刀头4经过工件表面的相应位置时，通过刀头4产生的切向振动将工件表面的毛刺等去除。

本发明的用于表面加工的超声振动切割刀具可以实现拖刀加工的方式去除毛刺，对零件表面形状要求低，并不要求工件表面完全平整，利用弹性压紧机构6的弹性作用将刀头4压在工件的表面，与工件表面时刻保持贴合，达到自适应切割的效果，可随形去除飞边毛刺。结合图2、图3、图4，本发明提供两种弹性压紧机构6的具体设置形式，第一种：弹性压紧机构6设置于楔形块42倾角较小的一侧施加弹性推力；第二种：弹性压紧机构6设置于楔形块42倾角较大的一侧施加弹性拉力。

图2中设置的弹性压紧机构6位于楔形块42倾角较大的一侧，对外壳1施加弹性拉力，通过弹性拉力使刀头4压在工件的表面。图3和图4中设置的弹性压紧机构6位于楔形块42倾角较小的一侧施加弹性推力，通过弹性推力使刀头4压在工件的表面。

本发明所提供的用于表面加工的超声振动切割刀具可应用于自动化去除毛刺设备之中，例如将外壳1、超声波发生器5安装于机械臂上，由机械臂带动整体移动；机械臂将刀头4压在工件表面的过程中，通过弹性压紧机构6起到缓冲的作用，防止刀头4与工件发生撞击；弹性压紧机构6对外壳1施加弹力使刀头4保持紧密的压接贴合。机械臂带动整体移动时，刀头4的刀刃始终与工件的表面贴合接触，并发生振动去除毛刺。

结合图5、图6、图7，本发明所采用的刀头4为变截面结构，刀头沿轴向各个位置的截面形状和尺寸并不完全相同，刀头4包括圆柱41和楔形块42，圆柱41和楔形块42首尾对接为一体，楔形块42的厚度向远端逐渐减小，也即图7中楔形块42的左右横向尺寸从上向下逐渐减小；楔形块42可以采用等宽的构造，图6中楔形块42的左右横向尺寸上下相等，保证下方与工件表面具有较大的接触尺寸。

具体地，本发明当中楔形块42的其中一侧表面与轴线的夹角平行。结合图7，楔形块42左右两个表面的倾角不相等，右侧表面与轴线平行，左侧表面与轴线之间存在夹角。

图7所示的结构仅作为一种优选的方式，也可以采用左侧表面和右侧表面均设置倾角的结构，这些具体的实施方式都应包含在本发明的保护范围之内。

具体地，如图7所示，本发明所提供的刃尖43为楔形，刃尖43的厚度向远端逐渐减小，刃尖43的厚度最小处形成刀刃，刃尖43采用楔形结构，厚度逐渐减小，使刃尖保持足够的结构强度。刃尖43除了采用楔形结构之外，还可以采用可拆卸的夹层刀片的形式，这些具体的实施方式都应包含在本发明的保护范围之内。

具体地，本发明中采用的弹性压紧机构6为弹簧或气动支撑。图3和图4的区别在于，弹性压紧机构6采用的具体方式不同，图3所示为螺旋弹簧，图4所示为气动支撑。

优选地，本发明在外壳1的外部设置快拆夹持机构，能够方便拆卸安装。

超声换能器2将电缆端传递来的超声波发生器5输出的电能转换为相应频率的机械振动，调幅器3将该振动调整并传递到刀头4，刀头4同频谐振，将轴向振动逐步改变成沿刀刃切线方向的振动，和振动输入方向相比，在保证刀刃处大振幅振动的同时，实现了带角度切削，在拖刀移动的同时去除毛刺。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，包括外壳(1)、超声换能器(2)、调幅器(3)、刀头(4)、超声波发生器(5)，所述超声换能器(2)和所述调幅器(3)安装于所述外壳(1)，所述超声波发生器(5)和所述超声换能器(2)电连接，所述刀头(4)包括楔形块(42)，所述楔形块(42)的厚度沿轴线方向朝向远端逐渐减小；所述楔形块(42)的两侧表面与轴线的夹角不等；

所述楔形块(42)的远端设置刃尖(43)，所述刃尖(43)朝向所述楔形块(42)倾角较小的一侧翘起；

所述超声换能器(2)将所述超声波发生器(5)的电能转换为轴向机械振动，所述调幅器(3)调整振动幅度并将振动能量传递到所述刀头(4)；所述刃尖(43)的振动方向为刃尖的切向；

所述刀头(4)能够朝向远离刀刃的方向沿工件表面拖刀进给实现切削。

2.根据权利要求1所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，还包括弹性压紧机构(6)，所述弹性压紧机构(6)对所述外壳(1)提供侧向弹力，使所述刀头(4)倾斜压在工件表面。

3.根据权利要求2所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，所述弹性压紧机构(6)设置于所述楔形块(42)倾角较小的一侧施加弹性推力。

4.根据权利要求2所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，所述弹性压紧机构(6)设置于所述楔形块(42)倾角较大的一侧施加弹性拉力。

5.根据权利要求1所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，所述刀头(4)沿轴线方向为变截面结构，包括首尾对接固定的圆柱(41)和所述楔形块(42)。

6.根据权利要求1所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，所述楔形块(42)的其中一侧表面与轴线的夹角平行。

7.根据权利要求1所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，所述刃尖(43)为楔形，厚度向远端逐渐减小。

8.根据权利要求2所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，所述弹性压紧机构(6)为弹簧或气动支撑。

9.根据权利要求1所述的用于表面加工的超声振动切割刀具，其特征在于，所述外壳(1)的外部设置快拆夹持机构。

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