CN216541209U - 一种切削设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种切削设备，其属于切削加工技术领域，包括超声波振动机构、切削机构、处理模块，所述超声波振动机构被配置为带动工件振动；切削机构包括驱动件及刀具，所述驱动件驱动所述刀具切削运动，所述刀具位于所述超声波振动机构的上方；处理模块通讯连接于所述超声波振动机构，且所述处理模块中存储有工件重量与切削时长的对应关系，且所述处理模块被配置为根据所述对应关系控制所述超声波振动机构的振动参数。本实用新型提供的切削设备能够应用于多种切削场景，具有较高的通用性。

Description

一种切削设备

技术领域

本实用新型涉及切削加工技术领域，尤其涉及一种切削设备。

背景技术

目前，针对硬脆材料的加工，通常应用振动辅助切削工艺，其中，硬脆材料包括但不限于不锈钢、钛合金、高硬合金、陶瓷、玻璃等。

振动辅助切削工艺是指在传统切削中刀具于工件的相对运动的基础上，将外激周期振动加到两者上，以获得更好的切削性能。振动辅助切削工艺的基本特点是能够使刀具切削刃与工件周期性的分离。振动辅助切削工艺中的超声振动辅助铣削方式可以改善切削加工状态，降低切削力，降低刀具磨损程度，提高刀具寿命，提高切削效率并有利于断屑。

现有技术中，存在的超声波辅助铣削方式多为超声波主轴或超声波刀把辅助加工，利用振动加工刀具的形式来达到超声波辅助加工的目的。但是，该方式存在超声波主轴需使用专用的机床的缺点，导致超声波辅助铣削方式的应用场景较少，通用性较低，同时，采用外挂式超声波刀把对使用的转速有所限制，通用性不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种切削设备，能够应用于多种切削场景，具有较高的通用性。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种切削设备，包括：超声波振动机构，所述超声波振动机构被配置为带动工件振动；切削机构，包括驱动件、刀具及主轴，所述驱动件驱动连接于所述主轴，所述刀具固接于所述主轴，所述驱动件驱动所述刀具切削运动，所述刀具位于所述超声波振动机构的上方；处理模块，通讯连接于所述超声波振动机构，且所述处理模块中存储有工件重量与切削时长的对应关系，且所述处理模块被配置为根据所述对应关系控制所述超声波振动机构的振动参数。

可选地，所述振动参数包括振动频率和振幅。

可选地，所述超声波振动机构的振动频率与所述刀具的旋转周期相匹配，以使所述刀具的切削刃与所述工件产生周期性分离。

可选地，还包括重量传感器，所述重量传感器安装于所述超声波振动机构并通讯连接于所述处理模块，且所述重量传感器被配置为感测所述工件的重量，并将感测的所述工件的重量发送至所述处理模块。

可选地，还包括信号放大器，所述重量传感器通过所述信号放大器与所述处理模块通讯连接。

可选地，超声波振动机构包括振动器及安装于所述振动器上的夹具，所述处理模块通讯连接于所述振动器，所述振动器带动所述夹具振动，所述夹具夹持固定所述工件。

可选地，所述振动器包括电伸缩振动子。

可选地，所述夹具包括支撑座及滑动连接于所述支撑座的多个夹爪，多个所述夹爪沿所述支撑座的周向间隔设置，且多个所述夹爪的一端围设形成固定槽。

可选地，所述夹爪的另一端与所述支撑座之间连接有弹性件。

可选地，还包括工作台，所述超声波振动机构固设于所述工作台上。

本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型提供的切削设备，将工件设置在超声波振动机构上，并通过超声波振动机构驱动工件振动，将工件重量与切削时长的对应关系预设存储在处理模块中，并通过处理模块控制超声波振动机构的振动参数，使得超声波振动机构的振动参数根据工件重量进行实时调整，无需为刀具配备专用的机床，且不会限制刀具的转速，能够应用于多种应用场景，具有较高的通用性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的切削设备的结构示意图一；

图2是本实用新型实施例提供的切削设备的结构示意图二；

图3是本实用新型实施例提供的夹具的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的PZT振动子的结构示意图。

图中：

1、超声波振动机构；11、振动器；12、夹具；120、固定槽；121、支撑座；122、夹爪；123、防滑垫；2、切削机构；21、刀具；22、主轴；3、处理模块；4、重量传感器；5、信号放大器；6、工作台；10、工件。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种切削设备，能够应用于多种切削场景，具有较高的通用性。

为了便于对本实施例提供的切削设备的理解，本实施例先对超声波振动切削进行详细的介绍。

将超声振动和传统的铣削加工进行复合，形成超声振动辅助铣削，该加工方式可以改善切削加工状态，降低切削力，降低刀具磨损，提高刀具寿命，提高切削效率且有利于断屑。超声振动辅助铣削广泛适用于各种难加工材料(包括硬脆材料和粘性材料)。超声振动辅助铣削具有适用范围广、加工效率高、加工质量好、加工成本低等优点。

超声波振动切削是由于刀具与工件间除了切削运动外，还有相对振动以达到理想的切削效果，原因是刀具与工件间因振源加入造成刀具与切屑间产生微小的空隙，由于空隙是瞬间产生的所以形成近似真空状态，而在刀具与切屑接触面形成氧化膜可降低接口间的摩擦，以降低切削力使得切削面的粗糙度有所改善。超声波加工是利用15-30KHz的高周波，使刀具以30-60μm的振幅于纵方向振动。

其中，高周波振动的发生是利用磁伸缩或电伸缩材料，具体地，经由磁场或电场的变化，将低频的电能转换为高频的电子讯号，透过转换器将此讯号转换为高频线性机械式运动。

电伸缩振动子是以钛酸钡制造成某种厚度的圆板，其两面设有银电极，在两个银电极间施加高电压直流电，并使之正负变化，厚度会依电场强度变化而变化，此种因施加电场而改变材料尺寸的现象称为电伸缩现象。一般常使用的电伸缩振动子，其材料为铬酸铅与钛酸铅混合的瓷器烧结体，一般称为PZT振动子，分别取铅(Pd)、铬(Zr)和钛(Ti)的英文第一个字母组成。图4为PZT振动子的外观，该PZT振动子包括铬钛酸铅100及附着在铬钛酸铅100表面的银电极。使用时在其银电极200上，加上高周波电流，此电流的频率与PZT振动子的共振频率相同，引起PZT振动子共振而产生超声波，一般所用的PZT压电陶瓷约为55％的PbZrO₃与45％的PbTiO₃的固溶体，其拥有很高的能量转换效率，且于广泛温度-200℃至+200℃范围内可稳定地产生振动。

目前业界已存在的超声波辅助铣削方式多为超声波主轴或超声波刀把辅助加工，利用振动加工刀具的形式来达成超声波辅助加工的目的。其缺点为超声波主轴需使用专用的机床，外挂式超声波刀把使用的转速有所限制。另外，若改为振动工件的方式，由于铣削加工过程中，工件的重量会随着材料的移除而变化，导致原本设定用于振动工件的振频及振幅无法匹配对应的刀具切削刃周期，进而失去超声波辅助加工的功能。

如图1和图2所示，本实施例提供的切削设备包括超声波振动机构1、切削机构2及处理模块3。

其中，超声波振动机构1能够产生一定频率和振幅的振动，以用于带动工件10以一定频率和振幅振动，进而使得工件10可以与刀具21相互作用，提高切削的效果，如图2所示，切削设备还包括工作台6，超声波振动机构1固设于工作台6上。

请参见图2，切削机构2包括驱动件及刀具21，驱动件用于驱动刀具21做切削运动，在一些实施例中，驱动件能够驱动刀具21以一定的旋转周期转动，刀具21位于超声波振动机构1的上方，具体地，刀具21位于工件10的上方，以能够对刀具21进行切削处理。在一些实施例中，切削机构2还包括主轴22，驱动件驱动连接于主轴22，刀具21固接于主轴22。

请继续参考图2，处理模块3通讯连接于超声波振动机构1，并且，处理模块3中预先存储有工件10重量与切削时长的对应关系。需要说明的时，随着刀具21切削工件10，工件10的重量逐渐减小，且减小的量与切削时长有关，进而使得工件10重量与切削时长有关，在一些实施例中，工件10重量于切削时长为线性关系，切削时长越长，工件10重量越小，此时，工件10重量与切削时长的对应关系可以理解为工件10重量与切削时长的关系曲线。

工件10重量与切削时长的对应关系可以预设存储在处理模块3的存储器中，需要时，处理模块3的处理器调取工件10重量与切削时长的对应关系，且处理模块3能根据该工件10重量与切削时长的对应关系控制超声波振动机构1的振动参数，以使得超声波振动机构1与刀具21能够更好的配合。示例地，振动参数包括但不限于振动频率和振幅。

本实施例提供的切削设备，将工件10设置在超声波振动机构1上，并通过超声波振动机构1驱动工件10振动，将工件10重量与切削时长的对应关系预设存储在处理模块3中，并通过处理模块3控制超声波振动机构1的振动参数，使得超声波振动机构1的振动参数根据工件10重量进行实时调整，无需为刀具21配备专用的机床，且不会限制刀具21的转速，能够应用于多种应用场景，具有较高的通用性。

并且，通过对超声波振动机构1的振动参数的实时调整，能够避免加工时工件10与刀具21产生共振，保证了切削设备的平稳性。

本实施例中，处理模块3根据工件10重量与切削时长的对应关系控制超声波振动机构1的振动参数时，控制超声波振动机构1的振动频率与刀具21的旋转周期相匹配，在一些实施例中，控制超声波振动机构1的振动频率与刀具21的旋转周期相等或相差预设值，以使刀具21的切削刃与工件10能够产生周期性分离，进而使得切削刃与工件10之间能够产生微笑的空隙，该空隙是瞬间产生的，所以能够形成近似真空的状态，进而能够在刀具21与切屑接触面形成氧化膜，该氧化膜的形成能够降低切削刃与切屑之间的摩擦，进而能够降低于刀具21的磨损程度，还能够改善工件10切削面的粗糙度。

可选地，如图3所示，切削设备还包括重量传感器4，重量传感器4安装于超声波振动机构1并通讯连接于处理模块3。重量传感器4用于实时感测工件10的重量，并将感测的工件10的重量发送至处理模块3。处理模块3还用于根据接收到的工件10的重量修正工件10重量与切削时长的对应关系，并根据修改后的工件10重量与切削时长的对应关系控制超声波振动机构1的振动参数。其中，工件10重量与切削时长的对应关系可以理解为预期的对应关系，但是在实际切削工作中，由于外界原因，工件10重量在某一时刻的重量可能与该某一时刻在工件10重量与切削时长的对应关系中对应的工件10重量不同，因此，可以设置重量传感器4实时感应工件10的重量，并对原来的工件10重量与切削时长的对应关系进行实时修正，并以修正后的工件10重量控制超声波振动机构1的振动频率和振幅，进而保证超声波振动机构1的振动参数与工件10重量相匹配。

进一步地，切削设备还包括信号放大器5，重量传感器4通过信号放大器5与处理模块3通讯连接，信号放大器5用于放大重量传感器4感测的信号，以便于处理模块3处理。

可选地，请继续参见图2，超声波振动机构1包括振动器11及安装于振动器11上的夹具12。处理模块3通讯连接于振动器11，振动器11用于带动夹具12振动，夹具12用于夹持固定工件10，使得振动器11通过夹具12带动工件10振动。本实施例中，振动器11为现有技术中的振动器，在一些实施例中，振动器11包括电伸缩振动子，电伸缩振动子具有上文所述的效果，不再赘述。

进一步地，请参见图3，夹具12包括支撑座121及滑动连接于支撑座121的多个夹爪122。支撑座121的横截面可以呈圆形。多个夹爪122沿支撑座121的周向间隔设置，且多个夹爪122的一端围设形成固定槽120，固定槽120用于固定工件10，每个夹爪122的另一端与支撑座121之间连接有弹性件(未示出)，通过弹性件向工件10提供预紧力，以提高固定工件10的稳定性。并且，通过设置弹性件，使得夹具12能够夹持具有不同尺寸的工件10，进一步提高了切削设备的通用性。示例地，弹性件为弹簧或扭簧。

本实施例中，相邻的两个夹爪122的一端相互接触，使得夹爪122与工件10具有较大的接触面积，提高了固定工件10的效果；在另外一些实施例中，如图3所示，相邻两个夹爪122的一端间隔设置。

可选地，如图3所示，每个夹爪122的一端具有防滑垫123，以降低工件10切削过程中相对于夹爪122滑动。防滑垫123为硅胶垫或橡胶垫。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种切削设备，其特征在于，包括：

超声波振动机构(1)，所述超声波振动机构(1)被配置为带动工件振动；

切削机构(2)，包括驱动件、刀具(21)及主轴(22)，所述驱动件驱动连接于所述主轴(22)，所述刀具(21)固接于所述主轴(22)，所述驱动件驱动所述刀具(21)切削运动，所述刀具(21)位于所述超声波振动机构(1)的上方；

处理模块(3)，通讯连接于所述超声波振动机构(1)，且所述处理模块(3)中存储有工件重量与切削时长的对应关系，且所述处理模块(3)被配置为根据所述对应关系控制所述超声波振动机构(1)的振动参数。

2.根据权利要求1所述的切削设备，其特征在于，所述振动参数包括振动频率和振幅。

3.根据权利要求2所述的切削设备，其特征在于，所述超声波振动机构(1)的振动频率与所述刀具(21)的旋转周期相匹配，以使所述刀具(21)的切削刃与所述工件产生周期性分离。

4.根据权利要求1-3任一项所述的切削设备，其特征在于，还包括重量传感器(4)，所述重量传感器(4)安装于所述超声波振动机构(1)并通讯连接于所述处理模块(3)，且所述重量传感器(4)被配置为感测所述工件的重量，并将感测的所述工件的重量发送至所述处理模块(3)。

5.根据权利要求4所述的切削设备，其特征在于，还包括信号放大器(5)，所述重量传感器(4)通过所述信号放大器(5)与所述处理模块(3)通讯连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的切削设备，其特征在于，超声波振动机构(1)包括振动器(11)及安装于所述振动器(11)上的夹具(12)，所述处理模块(3)通讯连接于所述振动器(11)，所述振动器(11)带动所述夹具(12) 振动，所述夹具(12)夹持固定所述工件。

7.根据权利要求6所述的切削设备，其特征在于，所述振动器(11)包括电伸缩振动子。

8.根据权利要求6所述的切削设备，其特征在于，所述夹具(12)包括支撑座(121)及滑动连接于所述支撑座(121)的多个夹爪(122)，多个所述夹爪(122)沿所述支撑座(121)的周向间隔设置，且多个所述夹爪(122)的一端围设形成固定槽(120)。

9.根据权利要求8所述的切削设备，其特征在于，所述夹爪(122)的另一端与所述支撑座(121)之间连接有弹性件。

10.根据权利要求1-3任一项所述的切削设备，其特征在于，还包括工作台(6)，所述超声波振动机构(1)固设于所述工作台(6)上。

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