CN217343606U - 一种超声波刀柄 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波刀柄，包括刀柄外壳、换能器组件、电能接收器组件、电能发射器组件，其中，所述电能接收器组件和所述电能发射器组件相对应地连接在所述刀柄外壳的外圆周处，所述刀柄外壳的前侧设有空腔，所述空腔的侧壁处设有第一导向定位部和第一螺纹固定部，所述换能器组件的外圆周处对应设置有第二导向定位部和第二螺纹固定部，所述换能器组件的后部容纳于所述空腔内且所述第二导向定位部与所述第一导向定位部相对应，所述第二螺纹固定部与所述第一螺纹固定部相对应以相互固定连接。本实用新型保证了装配时的精度和后续使用过程中的精度保持性。

Description

一种超声波刀柄

技术领域

本实用新型涉及超声精密加工技术领域，尤其设计一种超声波刀柄。

背景技术

旋转超声加工技术是针对硬脆、难加工材料的特种加工技术。特制的超声波刀柄可以安装在常规加工中心上，在加工过程中，除机床主轴带动的旋转运动，超声刀柄还会输出超声频段的纵振、扭振或纵扭复合振动等运动，辅助材料去除，形成特殊的材料去除效果。该技术适用于玻璃、陶瓷、陶瓷/树脂/金属基复合材料、蜂窝芯、钛合金、高温合金等难加工材料的加工，可以达到减小切削力、提升加工质量、延长刀具寿命的效果。

超声波刀柄相比常规刀柄，具有比较复杂的装配结构。超声换能器可以将超声频的交变电信号转换为相应频率的机械振动，是超声波刀柄的主要功能部件，超声换能器和刀柄外壳的装配精度对超声刀柄整体的动平衡状态和回转精度有显著影响。现有超声波刀柄，多采用在换能器振动节面位置设置法兰结构，然后用专门设计的压盖将换能器固定在刀柄外壳上，考虑到超声能量传递的需要，法兰结构的厚度较薄(一般在3mm以下)，因此该法兰结构仅可实现轴向定位，而难以保证装配时换能器和刀柄外壳的同轴度；在后续安装、卸除刀具的过程中，法兰结构容易旋转、移动，影响超声波刀柄的精度；对于具有扭转超声振动的刀柄，扭转超声振动也容易影响长期使用中刀柄的精度。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

实用新型内容

针对上述超声波刀柄装配精度及精度保持性问题，本实用新型公开了一种新型的超声波刀柄，通过超声换能器与刀柄外壳间新的连接结构，保证装配时的精度和后续使用过程中的精度保持性。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型公开了一种超声波刀柄，包括刀柄外壳、换能器组件、电能接收器组件、电能发射器组件，其中，所述电能接收器组件和所述电能发射器组件相对应地连接在所述刀柄外壳的外圆周处，所述刀柄外壳的前侧设有空腔，所述空腔的侧壁处设有第一导向定位部和第一螺纹固定部，所述换能器组件的外圆周处对应设置有第二导向定位部和第二螺纹固定部，所述换能器组件的后部容纳于所述空腔内且所述第二导向定位部与所述第一导向定位部相对应，所述第二螺纹固定部与所述第一螺纹固定部相对应以相互固定连接。

优选地，所述超声波刀柄还包括压盖单元，所述空腔的前侧端口位置处设有第三螺纹固定部，所述压盖单元上设有第四螺纹固定部，所述压盖单元容纳于所述空腔的前侧端口位置处且所述第三螺纹固定部与所述第四螺纹固定部相对应以相互固定连接，其中，所述压盖为圆环结构，所述换能器组件的前端能够穿过所述压盖的圆环中心。

优选地，所述换能器组件包括变幅杆、多个电极片、多个压电陶瓷片、后端盖和紧固螺栓，其中多个所述电极片和多个所述压电陶瓷片同轴且沿轴向交替排列，所述紧固螺栓穿过所述后端盖、多个所述电极片和多个所述压电陶瓷片之后与所述变幅杆固定连接以将多个所述电极片和多个所述压电陶瓷片固定连接在所述变幅杆和所述后端盖之间，其中所述变幅杆上设置有螺旋槽。

优选地，所述变幅杆的外圆周处设有法兰和延伸部，所述延伸部是从所述法兰的外端边缘处向前侧和/或向后侧延伸形成，第二导向定位部和第二螺纹固定部分别设置于所述延伸部处。

优选地，所述法兰设置于所述换能器组件的振动节面位置。

优选地，所述第一导向定位部包括设置于所述空腔的侧壁处的第一定位端面和第一定位柱面，所述第一螺纹固定部包括设置于所述空腔的侧壁处的第一紧固螺纹，所述第二导向定位部包括设置于所述换能器组件的外圆周处的第二定位端面和第二定位柱面，所述第二螺纹固定部包括设置于所述换能器组件的外圆周处的第二紧固螺纹，其中所述第一定位端面与所述第二定位端面相对应，所述第一定位柱面与所述第二定位柱面相对应，所述第一紧固螺纹与所述第二紧固螺纹相互啮合。

优选地，所述第一定位端面垂直于轴向方向且设置于所述第一定位柱面的后侧，所述第一紧固螺纹设置于所述第一定位柱面的前侧且所述第一紧固螺纹的小径大于所述第一定位柱面的内径；所述第二定位端面垂直于轴向方向且设置于所述第二定位柱面的后侧，所述第二紧固螺纹设置于所述第二定位柱面的前侧。

优选地，所述空腔的侧壁处还设有第一退刀槽和第二退刀槽，所述第一退刀槽设置于所述第一定位端面和所述第一定位柱面之间，所述第二退刀槽设置于所述第一定位柱面和所述第一紧固螺纹之间。

优选地，所述第三螺纹固定部包括设置于所述空腔的侧壁处的第三紧固螺纹，所述第四螺纹固定部包括设置于所述压盖单元的外圆周处的第四紧固螺纹，所述第三紧固螺纹与所述第四紧固螺纹相互啮合，其中所述第三紧固螺纹设置于所述第一紧固螺纹的前侧，且所述第三紧固螺纹的小径大于所述第一紧固螺纹的大径。

优选地，所述空腔的侧壁处还设有第三退刀槽，所述第三退刀槽设置于所述第一紧固螺纹和所述第三紧固螺纹之间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型公开的超声波刀柄，通过在空腔的侧壁处同时设置第一导向定位部和第一螺纹固定部，并对应在换能器组件上同时设置第二导向定位部和第二螺纹固定部，使得换能器组件与刀柄外壳通过导向定位和螺纹紧固相结合的方式进行连接，保证了装配时的精度和后续使用过程中的精度保持性。

在进一步的方案中，结合压盖单元上的第四螺纹固定部以及空腔的前侧端口位置处设置的第三螺纹固定部，通过双螺纹紧固的方式，可以更进一步地实现超声波刀柄核心部件换能器组件的可靠定位，减小刀具处的圆跳度误差，保证加工精度；并且在超声波刀柄加工过程，以及装刀、拆刀等操作的过程中，可以保证换能器组件不随外力产生旋转，持久保持刀柄精度。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例公开的超声波刀柄及配套电能传输系统实施例结构图；

图2是图1中的刀柄外壳的结构示意图；

图3是图1中的变幅杆的结构示意图；

图4是图1中的换能器压盖的结构示意图；

附图标记说明：

1-刀柄外壳，2-变幅杆，3-夹头，4-刀具，5-变幅杆压盖，6-电极片，7-压电陶瓷片，8-后端盖，9-紧固螺栓，10-电能接收器组件，11-电能发射器组件，12- 拉钉；101-第一定位端面，102-第一退刀槽，103-第一定位柱面，104-第二退刀槽，105-第一紧固螺纹，106-第三退刀槽，107-第三紧固螺纹，108-安装平台， 109-空腔，110-出线孔，111-主轴接口锥面，112-拉钉安装孔；201-第二定位端面， 202-第二定位柱面，203-第二紧固螺纹，204-第一压紧接触面，205-法兰结构， 206-螺旋槽；501-第二压紧接触面，502-第四紧固螺纹，503-压盖内孔面。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，本实用新型优选实施例公开了一种超声波刀柄，包括刀柄外壳1、变幅杆2、夹头3、刀具4、变幅杆压盖5、电极片6、压电陶瓷片7、后端盖 8、紧固螺栓9、电能接收器组件10、电能发射器组件11、拉钉12；其中变幅杆 2、夹头3、刀具4、电极片6、压电陶瓷片7、后端盖8、紧固螺栓9共同组成换能器组件，在其他一些实施例中，夹头3和刀具4也可不属于换能器组件的一部分，而仅是通过夹头3可以将刀具4固定连接在换能器组件的前端部。本实用新型实施例中，“前”是指靠近刀具4的方向，“后”是指远离刀具4的方向。

如图2所示，刀柄外壳1具有安装平台108，用于定位电能接收器组件10；空腔109，用于容纳换能器组件；出线孔110，可以通过电线；主轴接口锥面111，可以与标准主轴接口适配；拉钉安装孔112，可以安装标准拉钉。本实施例图示主轴接口为BT30型，因此主轴接口锥面111具有7:24的锥度及BT30标准规定的其他尺寸要求。如果需要安装的主轴为BT系列其他型号，ISO系列、SK系列等，刀柄外壳结构与本实施例中所示接近，如果需要安装的主轴为HSK系列主轴，则无需拉钉安装孔112，且主轴接口锥面111的锥度变为1:10，这些变化基于主轴接口标准变化，不影响本实施例中的超声振动功能。

如图2所示，本实用新型实施例的刀柄外壳1的下部，设置有第一定位端面 101、第一退刀槽102、第一定位柱面103、第二退刀槽104、第一紧固螺纹105、第三退刀槽106、第三紧固螺纹107，通过这些结构可以实现换能器组件的可靠安装。其中，第一退刀槽102是为了精密磨削加工第一定位端面101和第一定位柱面103预留的工艺槽，第二退刀槽104是为了加工第一紧固螺纹105预留的工艺槽，第三退刀槽106是为加工第三紧固螺纹107预留的工艺槽。第一紧固螺纹 105的小径大于第一定位柱面103的直径，第三紧固螺纹107的小径大于第一紧固螺纹105的大径。

如图3所示，本实用新型实施例的变幅杆2的上部，设置有第二定位端面 201、第二定位柱面202、第二紧固螺纹203、第一压紧接触面204、法兰结构205，其中，第二定位端面201、第二定位柱面202、第二紧固螺纹203分别设置于法兰结构205的外端缘向轴向方向延伸的延伸部处(在具体的实施例中，延伸部可以是从法兰结构205的外端边缘处向前侧延伸形成、或者向后侧延伸形成、或者同时向前侧和向后侧延伸形成)。第二定位端面201与第一定位端面101配合、第二定位柱面202与第一定位柱面103配合，二者用于定位变幅杆2；第二紧固螺纹203与第一紧固螺纹105相互啮合，用于固定变幅杆2。其中，法兰结构205 设置于换能器组件的振动节面位置。

如图3所示，本实用新型实施例的变幅杆2的中部，设置有螺旋槽206，通过设置螺旋槽206可以将压电陶瓷片7产生的纵向振动转化为纵扭复合振动。

如图4所示，本实用新型实施例的变幅杆压盖5，设置有第二压紧接触面501、第四紧固螺纹502、压盖内孔面503。其中，第四紧固螺纹502与第二紧固螺纹 107啮合，通过螺纹拧紧，使得第二压紧接触面501与第一压紧接触面205接触，对变幅杆2完成第二层紧固。压盖内孔面503可以容许变幅杆2的法兰结构205 以下的部分通过。

本实施例中的超声波刀柄及配套电能传输系统，在工作时，电能发射器组件 11接收来自外加超声驱动控制器的超声频电信号并通过电磁场发射电能，电能接收器组件10接收电能，并将超声频交变的电压通过电极片6加载到压电陶瓷片7上，形成超声频的机械振动信号，经过变幅杆2的传递汇聚，特别在经过螺旋槽206时，纵向传递的超声波转变为纵扭复合振动，最终经夹头3传递给刀具 4，如此即在常规铣削加工基础上增加了超声频的纵扭复合机械振动。

本实用新型实施例中，通过刀柄外壳1的第一定位端面101、第一定位柱面 103、第一紧固螺纹105，和变幅杆2的第二定位端面201、第二定位柱面202、第二紧固螺纹203，形成换能器组件的径向、轴向定位和第一层紧固；通过刀柄外壳1的第三紧固螺纹107，换能器压盖5的第二压紧接触面501、第三紧固螺纹502，和变幅杆2的第一压紧接触面204，形成对换能器组件的第二层压紧。如此导向定位加双螺纹紧固的结构，可以实现超声波刀柄核心部件换能器组件的可靠定位，减小刀具4处的圆跳度误差，保证加工精度；并且在超声波刀柄加工过程，以及装刀、拆刀等操作的过程中，双螺纹紧固结构可以保证换能器组件不随外力产生旋转，持久保持刀柄精度。

本实用新型优选实施例公开的超声波刀柄中，刀柄外壳零件设置有第一定位端面、第一定位柱面、第一紧固螺纹、第二紧固螺纹，其中第一紧固螺纹的小径大于第一定位柱面的直径，第二紧固螺纹的小径大于第一紧固螺纹的大径；变幅杆零件设置有第二定位端面、第二定位柱面、第三紧固螺纹、第一压紧接触面；第二定位端面与第一定位端面形成配合，第二定位柱面与第一定位柱面形成配合，二者共同保证换能器组件的定位精度，第二紧固螺纹与第一紧固螺纹相互啮合，对换能器组件形成第一层紧固；压盖单元零件设置有第二压紧接触面、第四紧固螺纹，第四紧固螺纹与第三紧固螺纹相互啮合，第二压紧接触面与第一压紧接触面形成配合，对换能器组件完成第二层紧固。因此，本实用新型优选实施例的超声波刀柄通过导向柱面加双螺纹紧固的方法保证了换能器组件的安装精度和使用过程中的精度保持性。

本实用新型的背景部分可以包含关于本实用新型的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本实用新型的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种超声波刀柄，其特征在于，包括刀柄外壳、换能器组件、电能接收器组件、电能发射器组件，其中，所述电能接收器组件和所述电能发射器组件相对应地连接在所述刀柄外壳的外圆周处，所述刀柄外壳的前侧设有空腔，所述空腔的侧壁处设有第一导向定位部和第一螺纹固定部，所述换能器组件的外圆周处对应设置有第二导向定位部和第二螺纹固定部，所述换能器组件的后部容纳于所述空腔内且所述第二导向定位部与所述第一导向定位部相对应，所述第二螺纹固定部与所述第一螺纹固定部相对应以相互固定连接。

2.根据权利要求1所述的超声波刀柄，其特征在于，还包括压盖单元，所述空腔的前侧端口位置处设有第三螺纹固定部，所述压盖单元上设有第四螺纹固定部，所述压盖单元容纳于所述空腔的前侧端口位置处且所述第三螺纹固定部与所述第四螺纹固定部相对应以相互固定连接，其中，所述压盖为圆环结构，所述换能器组件的前端能够穿过所述压盖的圆环中心。

3.根据权利要求1或2所述的超声波刀柄，其特征在于，所述换能器组件包括变幅杆、多个电极片、多个压电陶瓷片、后端盖和紧固螺栓，其中多个所述电极片和多个所述压电陶瓷片同轴且沿轴向交替排列，所述紧固螺栓穿过所述后端盖、多个所述电极片和多个所述压电陶瓷片之后与所述变幅杆固定连接以将多个所述电极片和多个所述压电陶瓷片固定连接在所述变幅杆和所述后端盖之间，其中所述变幅杆上设置有螺旋槽。

4.根据权利要求3所述的超声波刀柄，其特征在于，所述变幅杆的外圆周处设有法兰和延伸部，所述延伸部是从所述法兰的外端边缘处向前侧和/或向后侧延伸形成，第二导向定位部和第二螺纹固定部分别设置于所述延伸部处。

5.根据权利要求4所述的超声波刀柄，其特征在于，所述法兰设置于所述换能器组件的振动节面位置。

6.根据权利要求2所述的超声波刀柄，其特征在于，所述第一导向定位部包括设置于所述空腔的侧壁处的第一定位端面和第一定位柱面，所述第一螺纹固定部包括设置于所述空腔的侧壁处的第一紧固螺纹，所述第二导向定位部包括设置于所述换能器组件的外圆周处的第二定位端面和第二定位柱面，所述第二螺纹固定部包括设置于所述换能器组件的外圆周处的第二紧固螺纹，其中所述第一定位端面与所述第二定位端面相对应，所述第一定位柱面与所述第二定位柱面相对应，所述第一紧固螺纹与所述第二紧固螺纹相互啮合。

7.根据权利要求6所述的超声波刀柄，其特征在于，所述第一定位端面垂直于轴向方向且设置于所述第一定位柱面的后侧，所述第一紧固螺纹设置于所述第一定位柱面的前侧且所述第一紧固螺纹的小径大于所述第一定位柱面的内径；所述第二定位端面垂直于轴向方向且设置于所述第二定位柱面的后侧，所述第二紧固螺纹设置于所述第二定位柱面的前侧。

8.根据权利要求6所述的超声波刀柄，其特征在于，所述空腔的侧壁处还设有第一退刀槽和第二退刀槽，所述第一退刀槽设置于所述第一定位端面和所述第一定位柱面之间，所述第二退刀槽设置于所述第一定位柱面和所述第一紧固螺纹之间。

9.根据权利要求6所述的超声波刀柄，其特征在于，所述第三螺纹固定部包括设置于所述空腔的侧壁处的第三紧固螺纹，所述第四螺纹固定部包括设置于所述压盖单元的外圆周处的第四紧固螺纹，所述第三紧固螺纹与所述第四紧固螺纹相互啮合，其中所述第三紧固螺纹设置于所述第一紧固螺纹的前侧，且所述第三紧固螺纹的小径大于所述第一紧固螺纹的大径。

10.根据权利要求9所述的超声波刀柄，其特征在于，所述空腔的侧壁处还设有第三退刀槽，所述第三退刀槽设置于所述第一紧固螺纹和所述第三紧固螺纹之间。

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