CN205520756U - 一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，包括刀柄、换能器、二维振动变幅杆、弹簧夹头、筒形发射线圈、筒形接收线圈、发射线圈支架和线圈均匀风冷机构；设定刀柄的中心线沿垂直方向设置，刀柄包括上侧的夹持部和下侧的缠绕部，刀柄的缠绕部内开设有底部敞口的圆柱形的腔体，腔体与刀柄同轴线设置；换能器和二维振动变幅杆均位于腔体内，换能器的下端通过双头螺栓与二维振动变幅杆的上端连接，二维振动变幅杆与刀柄的底部连接；本实用新型可在不改变现有机床的前提下，方便地使机床能够满足高速、超声复合加工的要求，为高速超声复合的抗疲劳制造研究提供保障。

Description

一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统

技术领域

本实用新型属于机械加工领域，具体涉及一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统。

背景技术

超声辅助加工是对传统切削、磨削等加工方法的刀具或工件施以超声频振动而形成的加工技术。与传统的切削、磨削加工方法相比，超声辅助加工可减小刀具磨损，降低切削力，提高加工表面质量，被广泛应用于加工硬脆材料、复合材料等难加工材料。高速加工具有提高生产效率、降低切削力、提高加工质量等好处。将高速加工与超声加工复合，研究高速加工时材料应变率强化与热软化效应及超声加工时的冲击、空化效应等因素耦合对表面层形成的影响，即研究高速超声复合制造方法所获得的抗疲劳表面的损伤机理、应力场状态即疲劳寿命，特别是该加工方法形成的表面层的抗疲劳适应性等问题，需要一种能够满足在高速旋转前提下工作的辅助超声振动加工设备。

超声辅助加工设备中换能器随刀柄一起高速旋转，如何将静止设备输出的高频超声电信号有效地传输到高速旋转的超声振动单元的换能器上并保持高速下的传输稳定性是实现高速超声复合加工的一个前提和难点。传统的超声辅助加工通过碳刷和导电滑环的摩擦接触传输能量为换能器供电，但这种方法在高速下碳刷磨损过快、发热量大、容易积碳打火，并且导线裸露、无法实现自动换刀，不利于产品系列化应用。如何在不改变机床本身结构的前提下，很好地实现超声加工与高速加工相复合，成为亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、精确度高并且能够在不改变机床本身结构的前提下，很好地实现超声加工与高速加工相复合的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，包括刀柄、换能器、二维振动变幅杆、弹簧夹头、筒形发射线圈、筒形接收线圈、发射线圈支架和线圈均匀风冷机构；设定刀柄的中心线沿垂直方向设置，刀柄包括上侧的夹持部和下侧的缠绕部，刀柄的缠绕部内开设有底部敞口的圆柱形的腔体，腔体与刀柄同轴线设置；

换能器和二维振动变幅杆均位于腔体内，换能器的下端通过双头螺栓与二维振动变幅杆的上端连接，二维振动变幅杆与刀柄的底部连接；弹簧夹头安装在二维振动变幅杆的下端；筒形接收线圈缠绕固定在刀柄的下侧缠绕部外表面；发射线圈支架同轴线设置在刀柄下部外侧，筒形发射线圈位于发射线圈支架内；筒形发射线圈与筒形接收线圈之间形成环形间隙，发射线圈支架与刀柄之间具有与环形间隙对应的风冷间隙；线圈均匀风冷机构设置在发射线圈支架上。

换能器和二维振动变幅杆的接触面与刀柄的内壁之间周向设有弹性橡胶圈。

弹簧夹头通过锁紧螺母安装在二维振动变幅杆下端；二维振动变幅杆下端部开设有开口向下且上小下大的内锥形孔，二维振动变幅杆下端部外缘设有外螺纹，弹簧夹头安装在锁紧螺母内，锁紧螺母螺纹连接在二维振动变幅杆下端，弹簧夹头向上伸入到内锥形孔内。

发射线圈支架包括线圈固定筒和线圈支架端盖，线圈固定筒上下通透，线圈固定筒同轴线设置在刀柄下部外侧，线圈支架端盖为圆环形，线圈支架端盖通过固定螺栓固定在线圈固定筒的底部端面，筒形发射线圈设在线圈支架端盖上并装配在线圈固定筒内。

线圈均匀风冷机构包括气管、三通接头和固定盘，气管的两端与三通接头的其中两个接头对应连接形成一个环形风冷管，环形风冷管通过固定盘环形设在线圈固定筒上表面，环形风冷管底部设有出风孔，出风孔位于环形间隙正上方。

二维振动变幅杆的下侧外表面开设有螺旋槽。

二维振动变幅杆与刀柄的底部端面法兰连接。

二维振动变幅杆下端外周固定有法兰盘，二维振动变幅杆通过法兰盘与与刀柄的下端内侧面过盈配合。

采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型在不改变高速机床的原有结构的前提下，能够使刀具实现纵扭的二维超声振动，对高速超声加工的实现具有十分重要的意义；

（2）筒形接收线圈与筒形发射线圈的工作配合为筒形非接触式供电方法，基于电磁转换原理的筒形非接触式供电方法相比与传统的供电方式有很多优点，首先它不是通过裸露的导体相互接触来传递电能，传输能力不易受到外部环境影响，其次，相对于普通的圆环式非接触供电，筒形非接触式电磁转换供电方法在接收线圈并联无极电容的条件下，具有更高的传输效率以及稳定性，更适应于高速条件下的电能无线传输；

（3）由于本实用新型的输电方法为电磁感应式非接触供电方法，伴随电能的无线传输必然有磁感应加热，为保证系统在工作时的稳定性，不至使其过热，本实用新型采用线圈均匀风冷机构，能够有效地实现对筒形接收线圈和筒形发射线圈的冷却；

（4）二维振动变幅杆通过法兰盘与与刀柄的下端内侧面过盈配合，提高了二维振动变幅杆的刀柄内的径向定位精度，并且保证了刀柄、二维振动变幅杆以及换能器的精确同轴，增加高速旋转稳定性；

（5）换能器和二维振动变幅杆的接触面与刀柄的内壁之间周向设有弹性橡胶圈，弹性橡胶圈用于减少工作状态下能量的损失，保证加工时的高速旋转稳定性；

（6）二维振动变幅杆的下侧外表面开设有螺旋槽，螺旋槽用于实现刀柄的纵扭二维超声振动。

综上所述，本实用新型可在不改变现有机床的前提下，方便地使机床能够满足高速、超声复合加工的要求，为高速超声复合的抗疲劳制造研究提供保障。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中A-A处剖视图；

图3是图1中发射线圈支架的结构示意图；

图4是图3的俯视图。

具体实施方式

如图1-4所示，本实用新型的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，包括刀柄7、换能器1、二维振动变幅杆2、弹簧夹头3、筒形发射线圈4、筒形接收线圈5、发射线圈支架6和线圈均匀风冷机构；设定刀柄7的中心线沿垂直方向设置，刀柄7包括上侧的夹持部71和下侧的缠绕部72，刀柄7的夹持部71安装于机床主轴，刀柄7的缠绕部72内开设有底部敞口的圆柱形的腔体8，腔体8与刀柄7同轴线设置；

换能器1和二维振动变幅杆2均位于腔体8内，换能器1的下端通过双头螺栓9与二维振动变幅杆2的上端连接，二维振动变幅杆2与刀柄7的下端面法兰连接；弹簧夹头3安装在二维振动变幅杆2的下端；筒形接收线圈5缠绕固定在刀柄7的下侧缠绕部72外表；发射线圈支架6固定在刀柄7下部外侧，筒形发射线圈4位于发射线圈支架6内；筒形发射线圈4与筒形接收线圈5之间形成环形间隙11，发射线圈支架6与刀柄4之间具有与环形间隙11对应的风冷间隙；线圈均匀风冷机构设置在发射线圈支架6上。换能器1为现有常规技术，二维振动变幅杆2为普通梯形变幅杆开螺旋槽21得到，可使刀具实现纵扭二维超声振动。

换能器1和二维振动变幅杆2的接触面与刀柄7的内壁之间设有弹性橡胶圈12。

弹簧夹头3通过锁紧螺母13安装在二维振动变幅杆2下端，弹簧夹头3用于夹持刀具；二维振动变幅杆2下端部开设有开口向下且上小下大的内锥形孔14，二维振动变幅杆2下端部外缘设有外螺纹，弹簧夹头3安装在锁紧螺母13内，锁紧螺母13螺纹连接在二维振动变幅杆2下端，弹簧夹头3向上伸入到内锥形孔14内。锁紧螺母13为用于装配弹簧夹头3的专用螺母，为现有常规技术。

发射线圈支架6包括线圈固定筒15和线圈支架端盖16，线圈固定筒15上下通透，线圈固定筒15位于刀柄7下部外侧，线圈固定筒15通过螺栓固定在机床主轴外壳上，线圈支架端盖16为圆环形，线圈支架端盖16通过固定螺栓17固定在线圈固定筒15的底部端面，筒形发射线圈4通过线圈支架端盖16装配在线圈固定筒15内。

线圈均匀风冷机构包括气管、三通接头和固定盘19，气管的两端通过与三通接头的其中两个接头连接形成一个环形风冷管18，在使用时，三通接头的另一个接头需连接空气压缩机，环形风冷管18通过固定盘19环形设在线圈固定筒15上表面，环形风冷管18底部设有出风孔20，出风孔20位于环形间隙11正上方。三通接头为常规现有技术，图中未示出。

二维振动变幅杆2的下侧外表面开设有螺旋槽21。

在具体工作时，在机床主轴的驱动下，刀柄7带动换能器1随机床主轴转动，超声波发生器输出的电信号为正弦波信号，超声波发生器的输出端连接筒形发射线圈4，使筒形发射线圈4周围产生交变的磁场，缠绕在刀柄7上的筒形接收线圈5接收到该感应信号，筒形接收线圈5输出的电流传递给刀柄7的腔体8内的换能器1，因而驱动换能器1产生超声振动，通过二维振动变幅杆2对振幅的放大以及变换，可使安装于二维振动变幅杆2末端的刀具实现同时进行旋转和纵扭复合二维超声振动两种运动方式，以此来进行铣削或磨削加工，大大提高了加工效率和加工质量。

线圈均匀风冷机构用于除去本装置在工作过程中产生的热量，具体实施方式为：将三通接头的另一个接头与空气压缩机连接，启动空气压缩机，空气压缩机将风送进气管内，并由气管的出风孔20送入环形间隙11内，对筒形接收线圈5和筒形发送线圈散热。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：包括刀柄、换能器、二维振动变幅杆、弹簧夹头、筒形发射线圈、筒形接收线圈、发射线圈支架和线圈均匀风冷机构；设定刀柄的中心线沿垂直方向设置，刀柄包括上侧的夹持部和下侧的缠绕部，刀柄的缠绕部内开设有底部敞口的圆柱形的腔体，腔体与刀柄同轴线设置；

换能器和二维振动变幅杆均位于腔体内，换能器的下端通过双头螺栓与二维振动变幅杆的上端连接，二维振动变幅杆与刀柄的底部连接；弹簧夹头安装在二维振动变幅杆的下端；筒形接收线圈缠绕固定在刀柄的下侧缠绕部外表面；发射线圈支架同轴线设置在刀柄下部外侧，筒形发射线圈位于发射线圈支架内；筒形发射线圈与筒形接收线圈之间形成环形间隙，发射线圈支架与刀柄之间具有与环形间隙对应的风冷间隙；线圈均匀风冷机构设置在发射线圈支架上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：换能器和二维振动变幅杆的接触面与刀柄的内壁之间周向设有弹性橡胶圈。

3.根据权利要求2所述的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：弹簧夹头通过锁紧螺母安装在二维振动变幅杆下端；二维振动变幅杆下端部开设有开口向下且上小下大的内锥形孔，二维振动变幅杆下端部外缘设有外螺纹，弹簧夹头安装在锁紧螺母内，锁紧螺母螺纹连接在二维振动变幅杆下端，弹簧夹头向上伸入到内锥形孔内。

4.根据权利要求3所述的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：发射线圈支架包括线圈固定筒和线圈支架端盖，线圈固定筒上下通透，线圈固定筒同轴线设置在刀柄下部外侧，线圈支架端盖为圆环形，线圈支架端盖通过固定螺栓固定在线圈固定筒的底部端面，筒形发射线圈设在线圈支架端盖上并装配在线圈固定筒内。

5.根据权利要求4所述的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：线圈均匀风冷机构包括气管、三通接头和固定盘，气管的两端与三通接头的其中两个接头对应连接形成一个环形风冷管，环形风冷管通过固定盘环形设在线圈固定筒上表面，环形风冷管底部设有出风孔，出风孔位于环形间隙正上方。

6.根据权利要求5所述的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：二维振动变幅杆的下侧外表面开设有螺旋槽。

7.根据权利要求6所述的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：二维振动变幅杆与刀柄的底部端面法兰连接。

8.根据权利要求6所述的一种适用于高速超声铣磨加工的刀柄集成系统，其特征在于：二维振动变幅杆下端外周固定有法兰盘，二维振动变幅杆通过法兰盘与刀柄的下端内侧面过盈配合。