CN203018770U - 一种旋转机床用超声波钻铣具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转机床用超声波钻铣具，其特征在于：安装柄与超声波换能体机械固定连接，超声换能器和变幅杆通过螺纹连接，变幅杆和刀具固定连接，且安装柄、超声波换能体、变幅杆和刀具保持同轴连接；超声波发射环和超声波发生器实现电连接，超声波发射环以无线方式发射电磁波，超声波换能体接收超声波发射环发射的电磁波并将电信号转换为机械振动，经由变幅杆放大后传递给刀具；所述安装柄的柄部与机床主轴孔结构相匹配。由于对原设备不做任何改动，有利于保持原机床的原功能和精度；由于应用了超声波加工，切削力小，切削温度低，不容易产生积屑瘤和崩刀现象，从而使刀具的使用寿命大大提高，同时加工精度也相对提高。

Description

一种旋转机床用超声波钻铣具

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种旋转机床用超声波钻铣具，用于陶瓷、不锈钢、钛合金、烧结永磁体等难加工材料的加工。 

背景技术

随着现代机械加工技术的发展，高精度数控机床的出现使切削加工领域几乎无所不能，机床切削技术和刀具材料的有了很大提高，但是在钻床、铣床、数控机床、加工中心等通用机床上难以进行软铝、紫铜、钛合金、烧结永磁体等材料的微小孔、深孔或攻丝加工工序时，往往无法解决或加工效果不理想，限制了我国加工工艺水平和设计创新水平的提高。 

超声加工技术是20世纪50年代之后，逐步发展的一种特种加工方法，在难加工材料的精密加工中，超声加工技术具有其它加工方法无法比拟的工艺效果，应用范围十分广泛。超声波加工专用机床在金刚石、陶瓷、玛瑙、玉石、花岗石、大理石、石英、玻璃、淬火钢、模具钢、硬质合金、不锈钢、钛合金和烧结永磁体等难加工材料领域，解决了许多关键性问题，取得了良好效果。目前超声波加工专用机床主要是进口机床，进口超声波专用机床造价昂贵，加上年开启率不足，购买的企业很少。 

尽管超声洗涤、超声塑焊、超声打孔的应用技术现在已有了长足的发展，但把超声加工装置开发成为一种能用于普通旋转机床或者加工中心上，实现复合加工，能方便快速安装和拆卸的很少。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种旋转机床用超声波钻铣具，能在钻床、铣床、数控机床、加工中心等旋转机床设备可以直接安装应用，实现超声波和 机械钻铣的复合加工，解决难加工材料加工工艺方面的问题。 

技术方案 

一种旋转机床用超声波钻铣具，其特征在于包括安装柄9、超声波换能体、变幅杆2、刀具1、超声波发射环和超声波发生器13；安装柄9与超声波换能体机械固定连接，超声波换能体内的换能器3和变幅杆2通过螺纹连接，变幅杆2和刀具1固定连接，且安装柄9、超声波换能体、变幅杆2和刀具1保持同轴连接；超声波发射环8和超声波发生器13实现电连接，超声波发射环以无线方式发射电磁波，超声波换能体接收超声波发射环发射的电磁波并将电信号转换为机械振动，经由变幅杆2放大后传递给刀具1；所述安装柄9的柄部与机床主轴孔结构相匹配。 

所述安装柄9为锥柄或直柄。 

所述刀具1和变幅杆2固定连接方式采用焊接结构，或螺纹连接结构。 

所述超声波换能体包括超声换能器3、电容组5、感应接收圈6和电感7；超声换能器3、电容组5、感应接收圈6和电感7被封装在超声波换能体的壳体内，超声换能器3外部设有绝缘层4，电容组5设置在最内层，感应接收圈6设置在最外层，中间为电感7，其中：电容组5、感应接收圈6和电感7形成一电磁波接收电路；所述超声换能器3、电容组5、感应接收圈6和电感7的电连接关系为：感应接收圈6与电感7串联，然后与两个串联的电容以及超声换能器3实现并联，在两个串联的电容之间与感应接收圈6和电感7之间连接第三个电容。 

所述超声波发射环8由环形感应发射圈安装在环形外壳内形成。 

有益效果 

本发明提出的一种旋转机床用超声波钻铣具，由于超声加工方法具有较高的加工精度和小的加工压力，在加工硬脆性材料时，有效地解决了冲击点周围的裂纹和薄壁材料的边、角破裂等问题；有助于降低刀具扭矩并有助于排屑：用传统方法钻、铣孔 时，刀刃始终与切屑接触，将切屑从工件上挤切下来，而采用超声钻、铣孔时，超声波的振动作用使刀具与工件之间频繁接触与分离，切屑迅速分离，刀与屑之间的摩擦系数阻力大大降低，刀具的扭矩也大为降低。同时，切削液在超声振动的作用下，产生超声空化现象，即产生超声频的抽吸与挤压作用，使切削液能渗入到更微小的缝隙中，进一步降低了刀与屑的摩擦系数。超声空化现象还有助于降低切削温度，减少切削氧化和变形，使切屑更易于排出。 

由于对原设备不做任何改动，有利于保持原机床的原功能和精度；安装使用方法和外形与普通机床设备的钻卡头相似，安装方便，即装即卸，更换方便；一次裝夹，多种加工方法并用，实现在普通机床上进行超声波复合加工；由于应用了超声波加工，切削力小，切削温度低，不容易产生积屑瘤和崩刀现象，从而使刀具的使用寿命大大提高，刀具寿命比普通常规加工时延长，加工速度提高，同时加工精度也相对提高。 

附图说明

图1：本发明结构剖面图； 

图2：本发明电路原理图； 

图中，1.刀具，2.变幅杆，3.超声换能器，4.绝缘层，5.匹配电容组，6.感应接收圈，7.匹配电感，8.感应发射环，9.安装柄，10.安装支架，11.机床主轴，12.机床法兰盘，13.超声波发射器。 

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述： 

如图1所示，本实用新型所述的旋转机床用超声波钻铣具包含安装柄9、超声波换能体和刀具1，安装柄9与超声波换能体连为一体，安装柄9的柄部与一般通用刀具的安装结构形状相同，与机床主轴孔结构相匹配，安装在机床主轴11的主轴孔或弹簧卡头中，在本实施例中选用锥柄；刀具1和变幅杆2固定连接，连接方式一般采用 焊接结构，也可以是螺纹连接结构；超声波换能体内上部封装有由感应接收圈6、匹配电容组5和匹配电感7组成的电磁波接收电路，封装时感应接收圈6、匹配电容组5和匹配电感7周围分别设置绝缘层，与超声波换能体外壳及各部分之间彼此隔离绝缘，超声换能器3位于在超声波换能体内下部，超声换能器3的引线与所述电磁波接收电路连接；超声换能器3的下端不带电的部分与变幅杆2通过螺纹固定连接，上端部分灌装在超声波换能体内，在超声波换能体和超声换能器3之间设置有绝缘层4。在超声发射环、超声波换能体、变幅杆2和刀具1的表面不带电。 

超声波发射环由感应发射圈8、外壳、绝缘层和安装支架10构成，感应发射圈8和外壳为环形，感应发射圈8嵌在由外壳形成的环形内腔中，感应发射圈8和外壳之间装有绝缘衬套，彼此绝缘；外壳上固定有环形安装支架10，安装支架通过螺栓安装在机床法兰盘12上，安装支架10与机床法兰盘12也可通过其他方式安装固定。超声波发射环的环形感应发射圈8布置在超声波换能体感应接收圈6的外周。超声波换能体与超声波发生器13以及任何电源之间没有电线连接。 

在变幅杆2和超声换能器3连接部分设置相互配合的锥面，使变幅杆2和超声换能器3通过锥面紧密贴合，再通过螺纹连接压紧。变幅杆2和超声换能器3通过螺纹固定连接的方式连接，便于刀具的更换和保证超声振动的传输，在进行刃具更换时，有利于保证同心度和超声振动传导。 

如图2所示，感应发射圈8与超声波发生器13电连接，超声波发生器13的作用是将设备的供电电源转换成超声频电振荡信号，超声频电振荡信号经感应发射圈8以无线方式发射出去；超声波换能体内的感应接收圈6通过匹配电容组5、匹配电感7组成的电磁波接受电路以无线的方式接收感应发射圈8发射的电磁波；超声换能器3的引线与上述电磁波接收电路电连接，超声换能器3的作用是将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动；感应接收圈6、匹配电容组5、匹配电感7和超声换能器3组成 超声波接收电路接收感应发射圈8发射的电磁波，并经阻抗转变驱动超声换能器3产生谐振，从而转换电能实现机床高速旋转时的超声波振荡信号源与超声换能器3之间的电源传输问题。在本实施例中，超声波发生器13与感应发射圈8连接产生20—50khZ的电磁波，并以无线的方式发射出去，感应接收圈6接受该电磁波，并将接收到的电磁波转换为1100V的交流电源与匹配电感7、匹配电容组5连接，实现阻抗变换，驱动超声换能器3产生谐振，从而将电信号转变为每分钟20000—50000次的机械振动。 

变幅杆2的作用是将超声换能器3的振动幅度放大。超声机械振动经变幅杆2放大后传给刀具，使刀具以一定的能量与工件作用进行加工。 

Claims (5)

1.一种旋转机床用超声波钻铣具，其特征在于包括安装柄（9）、超声波换能体、变幅杆（2）、刀具（1）、超声波发射环和超声波发生器（13）；安装柄（9）与超声波换能体机械固定连接，超声波换能体内的超声换能器（3）和变幅杆（2）通过螺纹连接，变幅杆（2）和刀具（1）固定连接，且安装柄（9）、超声波换能体、变幅杆（2）和刀具（1）保持同轴连接；超声波发射环（8）和超声波发生器（13）实现电连接，超声波发射环以无线方式发射电磁波，超声波换能体接收超声波发射环发射的电磁波并将电信号转换为机械振动，经由变幅杆（2）放大后传递给刀具（1）；所述安装柄（9）的柄部与机床主轴孔结构相匹配。 

2.根据权利要求1所述旋转机床用超声波钻铣具，其特征在于：所述安装柄（9）为锥柄或直柄。 

3.根据权利要求1所述旋转机床用超声波钻铣具，其特征在于：所述刀具（1）和变幅杆（2）固定连接方式采用焊接结构，或螺纹连接结构。 

4.根据权利要求1所述旋转机床用超声波钻铣具，其特征在于：所述超声波换能体包括超声换能器（3）、电容组（5）、感应接收圈（6）和电感（7）；超声换能器（3）、电容组（5）、感应接收圈（6）和电感（7）被封装在超声波换能体的壳体内，超声换能器（3）外部设有绝缘层（4），电容组（5）设置在最内层，感应接收圈（6）设置在最外层，中间为电感（7），其中：电容组（5）、感应接收圈（6）和电感（7）形成一电磁波接收电路；所述超声换能器（3）、电容组（5）、感应接收圈（6）和电感（7）的电连接关系为：感应接收圈（6）与电感（7）串联，然后与两个串联的电容以及超声换能器（3）实现并联，在两个串联的电容之间与感应接收圈（6）和电感（7）之间连接第三个电容。 

5.根据权利要求1所述旋转机床用超声波钻铣具，其特征在于：所述超声波发射环（8）由环形感应发射圈安装在环形外壳内形成。 

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