CN115609030A - 一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀 - Google Patents

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董志刚
康仁科
王铭野
王毅丹
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/22Cutting tools with chip-breaking equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B2270/10Use of ultrasound

Abstract

本发明提供一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀。本发明包括刀杆、切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片和锁紧装置,刀杆的输入端与超声振动系统连接,切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片从上至下连接在刀杆上,通过所述锁紧装置将切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片与刀杆固定,切屑分切刀片的底端、材料分切刀片的顶端与导屑环之间均存在预设距离,切屑分切刀片和所述材料分切刀片均设有预设的倾角,导屑环的最大直径小于切屑分切刀片最大直径,也小于材料分切刀片的最小直径,使得切削过程中的切屑通过导屑环进入切屑分切刀片。刀具的导屑环实现切屑的导向,切屑分切刀片实现切屑的实时切断,避免了蜂窝芯切屑的缠绕,保证蜂窝芯的加工质量。

Description

一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀
技术领域
本发明涉及超声切削刀具领域,尤其涉及一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀。
背景技术
超声切削技术是在传统的切削加工技术基础上,复合超声振动实现材料去除的先进加工方法,近年来用于航空、航天领域的蜂窝材料的加工,可以显著降低切削力,相较于传统的高速铣削加工可以显著提升加工质量和效率。
圆片刀超声切削是实现蜂窝形面加工的主要方法之一,在加工过程中,圆片刀绕轴线旋转,并辅助超声振动,在进给运动配合下实现片状切屑的去除。然而当超声切削大尺寸蜂窝芯时,产生的成片大面积切屑会伴随整个加工过程,只有当圆片刀完全切开蜂窝芯材料时才会与材料表面分离。由于在切削过程中,大面积切屑会缠绕在刀具或刀柄上,造成材料撕裂等加工损伤。为保证加工质量,往往需要手动及时切断大面积切屑,增加了操作的安全隐患,大大降低加工效率。因此,蜂窝芯切屑的及时自动断屑,对于保证超声切削的顺利开展和构件的加工质量具有重要意义。
发明内容
为了解决目前结构的超声切削圆片刀无法实现实时断屑、影响加工质量和加工效率的问题,本发明设计一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,通过设置导屑环实现切屑的导向,采用切屑分切刀片实现切屑的自动切断,可以有效避免切屑缠绕等问题。使用本发明自动断屑圆片刀加工蜂窝芯,具有加工质量好、加工效率高,刀具使用简单,安装方便等优点。本发明采用的技术手段如下:
一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,包括刀杆、切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片和锁紧装置,所述刀杆的输入端与超声振动系统连接,所述切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片从上至下连接在刀杆上,通过所述锁紧装置将切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片与刀杆固定,所述切屑分切刀片的底端、材料分切刀片的顶端与导屑环之间均存在预设距离,所述切屑分切刀片和所述材料分切刀片均设有预设的倾角,所述导屑环的最大直径小于切屑分切刀片最大直径,也小于材料分切刀片的最小直径,使得切削过程中的切屑通过导屑环进入切屑分切刀片。
进一步地,所述锁紧装置包括切屑分切刀片锁紧螺母,其旋于刀杆上,压持在切屑分切刀片上。
进一步地,所述切屑分切刀片和所述材料分切刀片的刀具楔角小于45度。
进一步地,所述切屑分切刀片和材料分切刀片位于超声振幅最大处,所述导屑环位于超声振幅最小处。
进一步地,所述切屑分切刀片的下表面刀刃直径大于与之配合的导屑环的上表面直径,且二者的半径差大于刀具的最大切削深度,保证切屑经导屑环顺利过渡至切屑分切刀片被切断。
作为其中一种可选的技术手段,所述刀杆为阶梯轴形式,阶梯轴中段尺寸最大,依次向两端尺寸减小。具体地,所述刀杆中段设有凸出于刀杆本体的凸起。所述材料分切刀片上表面与所述刀杆中段凸起的下表面配合,所述导屑环下表面与所述刀杆中段凸起的上表面配合,所述切屑分切刀片下表面与所述导屑环凸台配合,所述锁紧装置还包括连接螺钉,通过所述连接螺钉将材料分切刀片旋于所述刀杆底部开设的螺纹孔。
作为另一种可选的技术手段,所述刀杆底端设有底座,使得材料分切刀片下表面能够安装在底座上,所述材料分切刀片上表面与所述导屑环下表面配合,所述导屑环的上表面设有凸台,所述导屑环上表面的凸台与所述切屑分切刀片配合。
进一步地,所述导屑环位于切屑分切刀片和材料分切刀片之间,同轴布置成机械串联关系,导屑环为圆柱或锥台形式,实现将切屑向分切刀片方向导向,保证切屑及时被切屑分切刀片切断。
进一步地,所述切屑分切刀片锁紧螺母为薄型零件,便于刀具结构产生共振从而实现良好的超声振动。
进一步地,所述刀杆后半部分下段螺纹旋向与所述刀杆内部螺纹旋向相反,避免刀具在旋转时发生松动。
进一步地,所述连接螺钉上开设有内孔,用于固定扳手,实现对连接螺钉的预紧。
本发明的工作原理如下:
刀具沿着轴线进行超声振动,并且绕着轴线旋转,在进给运动的配合下,通过材料分切刀片在工件材料上切下片状或带状切屑,随着刀具的不断进给,切屑长度逐渐增加并且发生翘曲,从而沿着导屑环上升并离开已加工表面与切屑分切刀片接触,实现切屑的自动切断。
本发明的有益效果是:
通过设置的刀具导屑环实现切屑的导向,采用切屑分切刀片实现切屑的自动断屑切,避免了蜂窝芯切屑在刀具或刀柄上的缠绕,提高蜂窝芯的加工质量,且本发明刀具的使用可避免人工切断切屑的繁琐操作,提高了蜂窝芯材料的加工质量和加工效率。
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做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀加工示意图。
图2是超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀实施例1剖视图。
图3是超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀实施例2剖视图。
图中:1、刀杆的后半部分上段螺纹段;2、刀杆的卡槽;3、刀杆;4、切屑分切刀片锁紧螺母;5、切屑分切刀片;6、导屑环;7、材料分切刀片;8、连接螺钉;9、连接螺钉内孔;10、刀杆内部螺纹孔;11、分切刀片上表面;12、刀杆中段下表面;13、导屑环下表面;14、刀杆中段上表面;15、切屑分切刀片下表面;16、导屑环凸台;17、刀杆后半部分下段;18、材料分切刀片内孔;19、导屑环内孔;20、材料分切刀片下表面;21、刀杆下段上表面;22、刀杆中段。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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。
如图1所示,本发明实施例公开了一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,包括刀杆、切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片和锁紧装置,所述刀杆的输入端与超声振动系统连接,所述切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片从上至下连接在刀杆上,通过所述锁紧装置将切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片与刀杆固定,所述切屑分切刀片的底端、材料分切刀片的顶端与导屑环之间均存在预设距离,所述切屑分切刀片和所述材料分切刀片均设有预设的倾角,所述导屑环的最大直径小于切屑分切刀片最大直径,也小于材料分切刀片的最小直径,使得切削过程中的切屑通过导屑环进入切屑分切刀片。
所述锁紧装置包括切屑分切刀片锁紧螺母,其旋于刀杆上,压持在切屑分切刀片上。
所述切屑分切刀片和所述材料分切刀片的刀具楔角小于45度。
所述切屑分切刀片和材料分切刀片位于超声振幅最大处,所述导屑环位于超声振幅最小处。
所述切屑分切刀片的下表面刀刃直径大于与之配合的导屑环的上表面直径,且二者的半径差大于刀具的最大切削深度,保证切屑能顺利过度至切屑分切刀片。
所述刀杆为阶梯轴形式,阶梯轴中段尺寸最大,依次向两端尺寸减小。具体地,所述刀杆中段设有凸出于刀杆本体的凸起。所述材料分切刀片上表面与所述刀杆中段凸起的下表面配合,所述导屑环下表面与所述刀杆中段凸起的上表面配合,所述切屑分切刀片下表面与所述导屑环凸台配合,所述锁紧装置还包括连接螺钉,通过所述连接螺钉将材料分切刀片旋于所述刀杆底部开设的螺纹孔。
所述刀杆底端设有底座,使得材料分切刀片下表面能够安装在底座上,所述材料分切刀片上表面与所述导屑环下表面配合,所述导屑环的上表面设有凸台,所述导屑环上表面的凸台与所述切屑分切刀片配合。
所述导屑环位于切屑分切刀片和材料分切刀片之间,同轴布置成机械串联关系,导屑环为圆柱或锥台形式,实现将切屑向分切刀片方向导向,保证切屑及时被切屑分切刀片切断。
所述切屑分切刀片锁紧螺母为薄型零件,便于刀具结构共振从而实现良好的超声振动。
所述刀杆后半部分下段螺纹旋向与所述刀杆内部螺纹旋向相反,避免刀具在旋转时发生松动。
所述连接螺钉上开设有内孔,便于使用扳手实现连接螺钉的预紧。
实施例1
本实施例中的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀包括刀杆3、切屑分切刀片5、切屑分切刀片锁紧螺母4、导屑环6、材料分切刀片7、连接螺钉8六个部分。刀杆的后半部分上段螺纹段1与超声振动系统连接,在安装过程中,首先将材料分切刀片7从刀杆3的下半部分进行安装直至材料分切刀片上表面11与刀杆中段下表面12接触,二者之间呈小间隙配合。然后,将一个扳手卡在刀杆的卡槽2上,另一个扳手插入连接螺钉的两个内孔9中,将连接螺钉8旋于所述刀杆内部螺纹孔10并拧紧,将材料分切刀片7进行轴向和周向固定。依次将导屑环6和切屑分切刀片5从上到下套在刀杆3上至导屑环下表面13与刀杆中段上表面14接触,切屑分切刀片下表面15与导屑环凸台16接触,导屑环6和切屑分切刀片5与刀杆3之间呈小间隙配合。最后将切屑分切刀片锁紧螺母4旋入刀杆后半部分下段17,用扳手卡住刀杆的卡槽2上固定刀杆,再用另一个扳手拧紧切屑分切刀片锁紧螺母4使导屑环6和切屑分切刀片5轴向和周向固定,完成整个刀具零部件的安装。
为了在加工时能实现刀具的超声振动,在材料分切刀片7和切屑分切刀片5和选用切屑分切刀片锁紧螺母4时使用薄型零件,在保证强度的前提下使刀具各零件之间产生共振并获得良好的超声振动。
导屑环6的最大直径略小于切屑分切刀片5最大直径和材料分切刀片7的最小直径,且导屑环6为锥台形式,保证切屑可以沿导屑环6上升并被顺利导向至切屑分切刀片5。
导屑环6的中下部外表面的母线为曲线,且母线的曲率与切屑弯曲的曲率一致,实现切屑向分切刀片5顺利导向。
切屑分切刀片5和材料分切刀片7的刀具楔角小于45°,以保证刀刃的锋利度,使其顺利切开蜂窝材料。
切屑分切刀片下表面15与导屑环6的半径差大于最大切削深度,保证切屑在导向至切屑分切刀片5时被切削刃顺利切断。
实施例2
图3本实施例中的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,刀具的整体外形和作用效果未发生变化,刀杆的结构以及各零件之间的连接方式做出调整。刀杆3的尺寸由下到上依次减小,增大材料分切刀片内孔18和导屑环内孔19的直径。在安装过程中按照刀杆3、材料分切刀片7、导屑环6、切屑分切刀片5、切屑分切刀片锁紧螺母4从下到上依次安装,使材料分切刀片下表面20与刀杆下段上表面21接触,材料分切刀片上内孔18和导屑环内孔19与刀杆中段22呈小间隙配合。切屑分切刀片5套在刀杆3上,二者之间呈小间隙配合,使切屑分切刀片下表面15与导屑环凸台16接触。将切屑分切刀片锁紧螺母4旋入刀杆后半部分下段17,将扳手卡在刀杆的卡槽2上使刀杆固定,另一个扳手旋紧切屑分切刀片锁紧螺母4并压紧上述零部件,完成刀具所有零部件的安装。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,包括刀杆、切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片和锁紧装置,所述刀杆的输入端与超声振动系统连接,所述切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片从上至下连接在刀杆上,通过所述锁紧装置将切屑分切刀片、导屑环、材料分切刀片与刀杆固定,所述切屑分切刀片的底端、材料分切刀片的顶端与导屑环之间均存在预设距离,所述切屑分切刀片和所述材料分切刀片均设有预设的倾角,所述导屑环的最大直径小于切屑分切刀片最大直径,也小于材料分切刀片的最小直径,使得切削过程中的切屑通过导屑环进入切屑分切刀片。
2.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述锁紧装置包括切屑分切刀片锁紧螺母,其旋于刀杆上,压持在切屑分切刀片上。
3.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述切屑分切刀片和所述材料分切刀片的刀具楔角小于45度。
4.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述切屑分切刀片和材料分切刀片位于超声振幅最大处,所述导屑环位于超声振幅最小处。
5.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述切屑分切刀片的下表面刀刃直径大于与之配合的导屑环的上表面直径,且二者的半径差大于刀具的最大切削深度。
6.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述刀杆为阶梯轴形式,阶梯轴中段尺寸最大,依次向两端尺寸减小,具体地,刀杆中段设有凸出于刀杆本体的凸起,所述材料分切刀片上表面与刀杆中段凸起的下表面配合,所述导屑环下表面与所述刀杆中段凸起的上表面配合,所述切屑分切刀片下表面与所述导屑环凸台配合,所述锁紧装置还包括连接螺钉,通过所述连接螺钉将材料分切刀片旋于刀杆底部开设的螺纹孔。
7.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,刀杆底端设有底座,使得材料分切刀片下表面能够安装在底座上,所述材料分切刀片上表面与所述导屑环下表面配合,所述导屑环的上表面设有凸台,所述导屑环上表面的凸台与所述切屑分切刀片配合。
8.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述导屑环位于切屑分切刀片和材料分切刀片之间,同轴布置成机械串联关系,导屑环为圆柱或锥台形式,实现将切屑向分切刀片方向导向。
9.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述切屑分切刀片锁紧螺母为薄型零件。
10.根据权利要求1所述的超声切削蜂窝芯的自动断屑圆片刀,其特征在于,所述刀杆后半部分下段螺纹旋向与所述刀杆内部螺纹旋向相反。
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