CN201020638Y - 超声振动磨削复合加工工具 - Google Patents

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左洪波
杨鑫宏
张明福
姚泰
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Abstract

本实用新型提供的是一种超声振动磨削复合加工工具。它包括与数控机床或钻床的刀柄相配合的连接件，连接件上安装有主轴，主轴上安装有换能器，换能器与变幅杆相连，刀具安装在变幅杆上；换能器还通过碳刷与超声波发生器相连。本实用新型具有加工效率高、表面质量好、加工表面损伤和残余应力都较小、刀具损耗小、成本低等优点。具有广阔的应用前景，能够创造出明显的社会效益和经济效益。

Description

超声振动磨削复合加工工具
一、技术领域
本实用新型涉及的是一种切削加工装置，具体地说是一种超声振动与磨削相结合的超声振动磨削复合加工工具。
二、背景技术
碳化硅、蓝宝石等硬脆材料在航空航天、电子、光学以及民用等诸多领域中得到了日益广泛的应用。但是由于这类材料的硬度高、脆性大，加工非常困难，传统的加工方法加工效率低，质量差，成本高，限制了这些材料的进一步应用。因此，人们寻求采用特种加工方法加工上述硬脆材料。特种加工主要包括电火花加工、电解加工、激光加工、超声加工及其复合加工技术等。其中电火花加工和电解加工都是依靠工件导电性对工件进行加工的，不适合于加工碳化硅、蓝宝石等不导电的硬脆材料。而激光加工硬脆材料时，由于加工过程的基础是热能，不能避免热损伤或微裂纹的发生，因而也不可行。超声加工不依靠工件的导电性，且是非热加工过程，不受工件的电、化学特性影响，尤其适合于超硬材料的加工。但是，单一的超声加工方法加工效率低，生产周期长，不能满足现代生产的需要。
三、发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可以提高加工效率、提高产品质量、降低成本，能够在普通钻床或数控机床上安装使用的超声振动磨削复合加工工具。
本实用新型的目的是这样实现的：它包括与数控机床或钻床的刀柄相配合的连接件，连接件上安装有主轴，主轴上安装有换能器，换能器与变幅杆相连，刀具安装在变幅杆上；换能器还通过碳刷与超声波发生器相连。
本实用新型还可以包括这样一些结构特征：
1、它还包括内部冷却液通道。
2、主轴、换能器、变幅杆外罩有外壳。
3、所述的刀具端面沿与直径成0-60°方向开4-12个凹槽，凹槽宽2-5mm，深2-10mm。
3、所述的连接件是与7∶24刀柄相配合的连接件。
4、所述的连接件是与弹簧夹头刀柄相配合的连接件。
本实用新型中连接件用于将超声振动磨削复合加工工具和数控机床或钻床的刀柄连接，可以根据不同的刀柄制作不同的连接件。该结构可以作为一种机床附件，能够随时拆卸，机床可以在超声振动磨削加工和普通加工之间进行转换，做到一机多用，节省了成本，符合现代设计理念。
换能器通过碳刷与超声波发生器相连。超声波发生器接通电源后，产生有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为频率为17-23kHz的超声机械振动，此时振幅一般很小，一般不超过0.005-0.01mm，不能用于超声振动磨削加工，必须通过变幅杆将振幅扩大，使安装在变幅杆端部的刀具振幅增大到0.01-0.1mm。
鉴于内冷方式冷却和排屑效果都比较好，因此在超声振动磨削复合加工工具中引入了内冷结构，加工时，内冷与外冷同时打开，可以增强冷却和排屑效果。
刀具可采用电镀或金属结合剂烧结的中空金钢石刀具，电镀金钢石刀具的加工效率比金属结合剂金钢石刀具高，但是成本比较高。为了提高金属结合剂金钢石刀具的加工效率，将刀具端面进行了特殊设计，即将金钢石刀具端面沿与直径成0-60°方向开4-12个凹槽，槽宽2-5mm，深2-10mm。其作用是当钻孔时可提高冷却和排屑效果，增大容屑空间，一次进刀可加工较大深度，减少刀具回退次数，还可以减轻刀具磨损，提高加工效率，降低成本；当磨削平面时，同样可提高冷却和排屑效果，减轻刀具磨损，降低成本。另外，由于引入了超声振动，金刚石刀具不易堵塞，大大提高了刀具的连续使用时间，提高了加工效率。金钢石刀具上的金钢石磨料粒度为80-230#，刀具内径为20-140mm、长度为50-150mm、壁厚为0.6-5mm。
本实用新型的积极效果：
1.可以方便地安装在数控机床或钻床的刀柄上，非常适合于碳化硅、蓝宝石等硬脆材料的加工。
2.引入内冷结构，加工时，内冷和外冷结合使用，并通过对金钢石刀具端面的特殊设计，大大提高了冷却和排屑效果。
3.将超声加工和磨削加工结合起来，加工效率高(比普通磨削方法效率约提高5倍)、表面质量好(表面粗糙度可达Ra0.05-0.5μm)、加工表面损伤和残余应力都较小、刀具损耗小、成本低。
因此本实用新型具有广阔的应用前景，能够创造出明显的社会效益和经济效益。
四、附图说明
图1为本实用新型的第一种实施方式的结构示意图；
图2为图1的刀具端面形状图；
图3为本实用新型的第二种实施方式的结构示意图；
图4为图3的刀具端面图。
五、具体实施方式
下面结合附图举例对本实用新型作更详细的描述：
结合图1和图2，连接件2是可以将超声振动磨削复合加工工具和数控加工中心的7∶24锥度刀柄1连接起来的连接件。连接件上安装有主轴3，主轴上安装有换能器4，换能器与变幅杆5相连，金刚石刀具6安装在变幅杆上，换能器还通过碳刷7与超声波发生器相连，主轴、换能器、变幅杆外罩有外壳8，外壳固定在数控中心主轴箱上。换能器能够产生频率为17-23kHz的超声机械振动，再通过变幅杆的放大作用，可以使安装在变幅杆端部的刀具获得0.01-0.1mm的振幅。在超声振动磨削复合加工工具中引入内冷结构，冷却液由侧面进入复合加工工具内部冷却液通道9中，向下从安装在变幅杆末端的金刚石刀具中排出。加工时，内冷与外冷同时打开，可以增强冷却和排屑效果。刀具可采用金属结合剂烧结中空金钢石刀具，并将金钢石刀具端面沿与直径成45°方向开10个凹槽，槽宽3mm，深8mm。金钢石刀具上的金钢石磨料粒度为120#，刀具内径为76mm、长度为100mm、壁厚为1.2mm。这种加工工具主要用于碳化硅、蓝宝石等硬脆材料的套料加工。
结合图3和图4，本实用新型的另一具体实施方式包括了上一实施方式的基本组成，其区别主要是它的连接件可以将超声振动磨削复合加工工具和数控机床的弹簧夹头刀柄1相配合的刀柄。中空金钢石刀具端面沿与直径成45°方向开5个凹槽，槽宽2mm，深5mm。金钢石刀具上的金钢石磨料粒度为170#，刀具内径为30mm、长度为80mm、壁厚为3mm。这种加工工具主要用于碳化硅、蓝宝石等硬脆材料的平面和曲面加工。

Claims (8)

1.一种超声振动磨削复合加工工具，其特征是：它包括与数控机床或钻床的刀柄相配合的连接件，连接件上安装有主轴，主轴上安装有换能器，换能器与变幅杆相连，刀具安装在变幅杆上；换能器还通过碳刷与超声波发生器相连。
2.根据权利要求1所述的超声振动磨削复合加工工具，其特征是：它还包括内部冷却液通道。
3.根据权利要求2所述的超声振动磨削复合加工工具，其特征是：所述的刀具端面沿与直径成0-60°方向开4-12个凹槽，凹槽宽2-5mm，深2-10mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的超声振动磨削复合加工工具，其特征是：主轴、换能器、变幅杆外罩有外壳。
5.根据权利要求1、2或3所述的超声振动磨削复合加工工具，其特征是：所述的连接件是与7∶24刀柄相配合的连接件。
6.根据权利要求4所述的超声振动磨削复合加工工具，其特征是：所述的连接件是与7∶24刀柄相配合的连接件。
7.根据权利要求1、2或3所述的超声振动磨削复合加工工具，其特征是：所述的连接件是与弹簧夹头刀柄相配合的连接件。
8.根据权利要求4所述的超声振动磨削复合加工工具，其特征是：所述的连接件是与弹簧夹头刀柄相配合的连接件。
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