CN205291279U - 一种旋转机床用超声刀柄 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种旋转机床用超声刀柄，安装柄(3)的上端安装在主轴孔内，变幅杆(6)上端与超声换能器(5)固定连接，变幅杆(6)的下端与刀具(7)固定连接；磁共振发射器(12)的壳体固定连接在主轴支架(1)上，磁共振发射器(12)的磁发射面与设置在安装柄(3)下部外圆上的环形磁共振接收器(4)相对布置，磁共振发射器(12)和磁共振接收器(4)之间通过共振无线的方式无线传输超声波能量；本专利的优点使刀具(7)在旋转切削的同时对工件产生高频振动冲击，实现复合加工，超声波刀柄体积小、安装更换方便，提高了超声波的传输效率。

Description

一种旋转机床用超声刀柄

技术领域

本实用新型涉及一种旋转机床用超声波加工装置，具体为一种旋转机床用超声刀柄，属于特种机械加工技术领域。

背景技术

在通用机床的切削刀具上附加超声波振动,可以实现对陶瓷、玻璃、蓝宝石、氧化锆等硬、脆、难加工材料的复合加工，特别是近年来，随着手机、奢侈品等行业的快速发展，对蓝宝石、氧化锆等硬、脆、难加工材料的加工要求越来越高、应用量也越来越大，为此，在通用旋转机床上如何方便、快捷、可靠的应用超声波技术成为行业研究和探索的方向。目前，在现有机床上附加的超声波装置体积大、安装不便、无法实现通用化和实现数控机床的自动换刀，从而降低了超声波的加工效率，增加了超声加工成本。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种旋转机床用超声刀柄，能够方便、快捷、安全的把超声波发生器的超声波转换到通用机床的切削刀具上，从而实现对硬、脆、难加工材料高精度、快速、自动加工，并提高超声波传能效率。

一种旋转机床用超声刀柄，包括安装柄、超声换能器和变幅杆，其特征是：安装柄的上端锥柄与机床主轴孔相适配并安装在主轴孔内，安装柄的下端为一开口向下的圆柱孔，超声换能器通过端盖固定封装在所述圆柱孔中；变幅杆与超声换能器固定连接，并穿过端盖的中心孔向下伸出；变幅杆的下端与刀具固定连接；磁共振发射器的壳体固定连接在机床主轴支架上，磁共振发射器与超声波发生器通过导线电连接，磁共振发射器的磁发射面与设置在安装柄下部外圆上的环形磁共振接收器径向相对布置，在磁共振发射器与磁共振接收器之间设置有间隙；磁共振发射器和磁共振接收器之间通过共振无线的方式无线传输超声波能量；磁共振接收器通过导线与封装在安装柄圆柱孔中的超声换能器电连接；

磁共振发射器的壳体在主轴径向水平布置，通过竖直的连杆连接在抱箍的外侧，抱箍卡持在主轴支架的外圆上固定，在抱箍与连杆的连接处设置有角度调节螺杆，用以调节连杆与主轴之间的角度；在连杆与磁共振发射器壳体的连接处设置有长度调节螺杆，用以调整磁共振发射器与磁共振接收器之间的间隙；

端盖通过螺钉固定在安装柄下部的圆柱端面上，端盖的外圆周凸出于安装柄下部的圆柱外圆并包覆在圆柱外圆周的下部，安装柄的中部有凸出于安装柄上部锥柄和下部圆柱外圆的圆环，从而在安装柄下部的圆柱体的外圆周上位于所述圆环和端盖之间形成一个环形凹槽，环形的磁共振接收器固定封装在所述环形凹槽中；在磁共振发射器与磁共振发射器的壳体之间、在超声换能器与安装柄之间、磁共振接收器与所述环形凹槽之间分别设置有绝缘层；

磁共振发射器的壳体上设置有超声波电信号输入插座，超声波发生器的输出导线通过插头插入磁共振发射器壳体上的输入插座实现超声电信号的传输；

变幅杆的上端与超声换能器的下端机械固定连接，变幅杆的下端与刀具通过锁紧螺母固定连接。

本实用新型的优点是：在旋转机床上设置超声波转换装置，把超声波发生器产生的高频振动能量转换并传递到主轴上，使刀具在旋转切削的同时对工件产生高频振动冲击，实现复合加工，可以对蓝宝石、陶瓷、氧化锆等硬、脆、难加工材料进行精细加工；可以使用通用的刀柄，设置标准刀库，从而在加工中心上实现超声波刀具的自动换刀，使超声波技术在加工中心上的得到了充分的应用；变幅杆与刀具之间通过锁紧螺母、通用卡头或者热涨紧连接可以实现手动换刀，在一般机床上也可以实现应用；通过共振传能，根据加工需要设置共振频率，选择最佳的共振频率有利于提高传能效率，实现间歇传能；本专利所述超声波刀柄体积小、安装方便。

附图说明

图1：本实用新型结构示意图；

图2：安装柄、刀具与超声波接收装置连接结构示意图；

图3:安装柄、刀具与超声波接收装置连接结构局部示意图；

图4：本实用新型电路原理图.

图中，1-主轴支架；2-抱箍；3-安装柄；4-磁共振接收器；5-超声换能器；6-变幅杆；7-刀具；8-角度调节螺杆；9-连杆；10-输入插座；11-长度调节螺杆；12-磁共振发射器；13-端盖；14-螺钉；15-超声波发生器；16-匹配电容。

具体实施方式

如图1到图3所示，本专利所述的一种旋转机床用超声刀柄，包括安装柄3、磁共振接收器4、端盖13、超声换能器5和变幅杆6，安装柄3的上端结构为锥柄，锥柄结构与机床主轴孔的锥孔相适配并安装在主轴孔内，主轴支架1固定在机床床身上，为主轴的旋转提供支撑，安装柄3的下端为一开口向下的圆柱孔，安装柄3的中部有一凸出于上部锥柄大端外圆和下部圆柱外壁的圆环，超声换能器5通过端盖13固定封装在所述圆柱孔中；端盖13通过螺钉14固定在安装柄3下部的圆柱端面上，端盖13的外圆周凸出于安装柄1下部的圆柱外圆并包覆在圆柱外圆周的下部，从而在安装柄3下部的圆柱体的外圆周上位于所述圆环和端盖13之间形成一个环形凹槽；磁共振接收器4为环形，固定封装在所述环形凹槽中后，与端盖13的外圆和所述圆环的外圆平齐；变幅杆6与超声换能器5固定连接，端盖13的中心设置有变幅杆6的过孔，变幅杆6并穿过端盖13的中心孔向下伸出；变幅杆6的下端与刀具7固定连接；磁共振发射器12的壳体固定连接在机床的主轴支架1上，磁共振发射器12与超声波发生器15通过导线电连接，磁共振发射器12的磁发射面与设置在安装柄3下部外圆上的磁共振接收器4的接收面在主轴径向相对布置，在磁共振发射器12与磁共振接收器4之间设置有间隙；磁共振发射器12和磁共振接收器4之间通过无线的方式传输超声波能量；磁共振接收器4通过导线与封装在安装柄3下部圆柱孔中的超声换能器5电连接；

在本实用新型中，变幅杆6的上端与超声换能器5的下端机械固定连接，变幅杆6的下端与刀具7通过锁紧螺母固定连接，变幅杆6的下端与刀具7的上端也可以通过螺纹卡头或者热涨紧连接；由于变幅杆6的下端与刀具7的上端通过螺纹卡头或者热涨紧连接，所以可以通过手工操作换刀，适用于普通钻床、铣床、雕铣机等不含刀库的设备。

磁共振发射器12的壳体上设置有超声波电信号输入插座10，超声波发生器15的输出导线通过插头插入磁共振发射器12壳体上的输入插座10实现超声电信号的传输；磁共振发射器12的壳体在主轴径向水平布置，通过竖直的连杆9连接在抱箍2的外侧，抱箍2卡持在主轴支架1的外圆上固定，在抱箍2与连杆9的连接处设置有角度调节螺杆8，用以调节连杆9与主轴之间的角度，以便磁共振发射器12和磁共振接收器4之间的能量传输效果最佳；在连杆9与磁共振发射器12壳体的连接处设置有长度调节螺杆11，用以调整磁共振发射器12与磁共振接收器4之间的间隙；在磁共振发射器12与磁共振发射器12的壳体之间、在超声换能器5与安装柄3之间、磁共振接收器4与所述环形凹槽之间分别设置有绝缘层。

使用前，把安装柄1插入主轴孔中安装牢靠；再把磁共振发射器12通过其壳体连接在竖直的连杆9上，连杆9连接在抱箍2的端部，抱箍2卡持固定在主轴支架1上，调整角度调整螺杆8和长度调整螺杆11，使磁共振发射器12和磁共振接收器4处于最佳的传输角度和距离；把超声波发生器15的输出导线的插头插入到磁共振发射器12的输入插座10；这样，超声波发生器15产生的超声波通过导线传输到磁共振发射器12，并以磁共振的无线传输方式传输给磁共振接收器4。

如图4所示为本实用新型电路原理图，超声波发生器15产生的超声频电震荡信号，通过导线传输到磁共振发射器12，并以磁共振的无线传输方式传输给磁共振接收器4，磁共振接收器4是由匹配电容16和匹配电感构成的无线接收电路，通过电磁共振的方式来接收磁共振发射器12发射的电磁波；磁共振接收器4再把该超声电信号在刀柄内部经导线传输给超声换能器5，超声换能器5的作用是将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动；磁共振接收器4的匹配电容16、匹配电感和超声换能器5接收磁共振发射器12的电磁波，并经阻抗转变驱动超声换能器5产生谐振，从而转换电能实现主轴高速旋转时的超声波振荡信号源与超声换能器5之间的电源传输问题。变幅杆6的作用是将超声换能器5的振动幅度放大。超声机械振动经变幅杆6放大后传给刀具7，所以刀具7在对工件旋转切削同时还以高频震动对工件产生连续的高频冲击，实现复合加工。

在本实施例中，超声波发生器15根据通用机床的具体结构，可以安放在床身上，也可以固定在通用机床的其它位置；超声波发生器15产生20—80kHz的电磁波，通过磁共振发射器12以无线的方式发射出去，设置磁共振的频率，以达到最佳的传能效果，当磁共振接收器4的接收频率和磁共振发射器12的发射频率达到设定的频率时发生共振，磁共振接收器4以共振的方式接收该电磁波，并将接收到的电磁波转换为1100V的交流电源与匹配电感、匹配电容16连接，实现阻抗变换，驱动超声换能器5产生谐振，从而将电信号转变为每分钟20000—80000次的机械振动。本实用新型所述刀柄的安装柄3可以使用通用标准刀柄结构，主轴选用BT30、JT、NT、ISO等，在刀库中配置相应的刀具，就可以实现自动换刀。

Claims (5)

1.一种旋转机床用超声刀柄，包括安装柄(3)、超声换能器(5)和变幅杆(6)，其特征是：安装柄(3)的上端锥柄与主轴孔相适配并安装在主轴孔内，安装柄(3)的下端为一开口向下的圆柱孔，超声换能器(5)通过端盖(13)固定封装在所述圆柱孔中；变幅杆(6)与超声换能器(5)固定连接，并穿过端盖(13)的中心孔向下伸出；变幅杆(6)的下端与刀具(7)固定连接；磁共振发射器(12)的壳体固定在主轴支架(1)上，磁共振发射器(12)与超声波发生器(15)通过导线电连接，磁共振发射器(12)的磁发射面与设置在安装柄(3)下部外圆上的环形磁共振接收器(4)径向相对布置，在磁共振发射器(12)与磁共振接收器(4)之间设置有间隙；磁共振发射器(12)和磁共振接收器(4)之间通过共振的方式无线传输超声波能量；磁共振接收器(4)通过导线与封装在安装柄(3)圆柱孔中的超声换能器(5)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机床用超声刀柄，其特征是：磁共振发射器(12)的壳体在主轴径向水平布置，通过竖直的连杆(9)连接在抱箍(2)的外侧，抱箍(2)卡持在主轴支架(1)的外圆上固定，在抱箍(2)与连杆(9)的连接处设置有角度调节螺杆(8)，用以调节连杆(9)与主轴之间的角度；在连杆(9)与磁共振发射器(12)壳体的连接处设置有长度调节螺杆(11)，用以调整磁共振发射器(12)与磁共振接收器(4)之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的一种旋转机床用超声刀柄，其特征是：端盖(13)通过螺钉(14)固定在安装柄(3)下部的圆柱端面上，端盖(13)的外圆周凸出于安装柄(3)下部的圆柱外圆并包覆在圆柱外圆周的下部，安装柄(3)的中部有凸出于安装柄(3)上部锥柄和下部圆柱外圆的圆环，从而在安装柄(3)下部的圆柱体的外圆周上位于所述圆环和端盖(13)之间形成一个环形凹槽，环形的磁共振接收器(4)固定封装在所述环形凹槽中；在磁共振发射器(12)与磁共振发射器(12)的壳体之间、在超声换能器(5)与安装柄(3)之间、磁共振接收器(4)与所述环形凹槽之间分别设置有绝缘层。

4.根据权利要求1所述的一种旋转机床用超声刀柄，其特征是：磁共振发射器(12)的壳体上设置有超声波电信号输入插座(10)，超声波发生器(15)的输出导线通过插头插入磁共振发射器(12)壳体上的输入插座(10)实现超声电信号的传输。

5.根据权利要求1所述的一种旋转机床用超声刀柄，其特征是：变幅杆(6)的上端与超声换能器(5)的下端机械固定连接，变幅杆(6)的下端与刀具(7)通过锁紧螺母固定连接。