CN217492947U - 一种小内孔超声波金属表面加工刀具头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，属于金属表面加工领域，包括变幅杆、安装轴、封盖、滚动体和工具头；变幅杆前端设置有一螺纹孔，安装轴为阶梯轴，从后到前依次包括阶段A、阶段B、阶段C和阶段D阶段A上设置有外螺纹；变幅杆和安装轴通过紧定螺钉固定；封盖为阶梯状圆环，卡设在阶段B和阶段C的轴肩处；滚动体为圆环状，套设在安装轴的阶段C上；工具头也为圆环状，套设在滚动体外部，封盖前端面设置有一卡槽A，工具头与封盖接触处设置有一卡槽B，卡槽A与卡槽B相互配合实现对工具头一端的限位，工具头的内径小于阶段D的外径。结构简单、安装方便，安装后可直接对小内孔尺寸的工件进行加工，效率较高。

Description

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头

技术领域

本实用新型涉及一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，属于金属表面加工技术领域。

背景技术

对金属表面进行超声波加工，已成为消除金属工件表面残余应力的重要手段，具有效率高、成本低、无污染的特点。

目前，利用超声波技术进行强化加工或消除残余应力的设备主要有超声波加工刀具，超声波加工刀具主要组成部分包括换能器、变幅杆和刀具头(刀头)，超声波加工刀具可以直接安装在相应机床的主轴或刀架上，在其带动下完成对金属工件表面的超声波加工或应力消除。

一般的，超声加工刀具头通过外套结构(如锥套)、工具座(刀具头的安装座)等连接在变幅杆前端，结构较为复杂，安装及拆装不便，并且，由于其需要借助于外套结构、工具座，导致刀具头尺寸较大，无法加工小内孔(直径8-15mm)工件，因此需要设计一种特殊结构的超声波加工刀具头，以解决对小直径内孔结构进行有效超声加工的难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，结构简单、安装方便，安装后可直接对小内孔尺寸的工件进行加工，效率较高。

本实用新型中，前、后为相对位置关系，将工具头一侧设定为前端，变幅杆一侧设定为后端。

本实用新型采用以下技术方案：

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，包括变幅杆、安装轴、封盖、滚动体和工具头；

所述变幅杆前端设置有一螺纹孔，所述安装轴为阶梯轴，从后到前依次包括阶段A、阶段B、阶段C和阶段D，且外径依次增大，所述阶段A上设置有外螺纹，螺纹安装在变幅杆的螺纹孔内；所述变幅杆和安装轴通过紧定螺钉固定；

所述封盖为阶梯状圆环，卡设在阶段B和阶段C的轴肩处，可以保证封盖在可靠地安装在轴肩上，防止封盖轴向位移；所述滚动体为圆环状，套设在安装轴的阶段C上，且滚动体后端紧靠封盖，前端卡在阶段C和阶段D的轴肩处，滚动体沿阶段C均布一周，起到支撑工具头的作用，与工具头和安装轴之间均为转动摩擦，不影响工具头的转动；

所述工具头也为圆环状，套设在滚动体外部，且工具头两端卡设在封盖与阶段D之间，所述封盖前端面设置有一卡槽A，工具头与封盖接触处设置有一卡槽B，卡槽A与卡槽B相互配合实现对工具头一端的限位，所述工具头的内径小于阶段D的外径。

工具头前后通过阶段D和封盖端面进行限位，间隙大小≤0.01mm，使得工具头既能轴向限位，又能实现转动；工具头的外径尺寸根据加工的内孔确定，一般外径小于工件内孔尺寸1mm。

优选的，所述变幅杆一侧设置有螺纹孔，安装轴上设置有固定槽，紧定螺钉穿过螺纹孔固定在固定槽内；紧定螺钉选用高强度12.9级锥端紧定螺钉，紧定螺钉前端嵌入固定槽内，对安装轴可起到螺纹防松的作用。

优选的，所述变幅杆为纵向振动变幅杆或弯曲振动变幅杆，变幅杆后端连接有超声波换能器；

弯曲振动变幅杆使得变幅杆前端的振动为沿轴向及径向的振动，轴向振动为沿变幅杆圆柱轴向方向的振动、径向振动为沿变幅杆径向方向的振动；纵向振动变幅杆使得变幅杆前端振动为纵向振动。当加工的工件硬度较高时(≥30HRC)，可以选择弯曲振动变幅杆，可以使变幅杆前端有沿变幅杆径向振动的分量，对加工表面施加更大的能量，获得较高的表面质量，更好的强化效果；

所述变幅杆的螺纹孔为细牙螺纹，可以起到紧固效果，螺纹孔规格可根据实际加工尺寸进行设计，尺寸优选小于等于M6。

优选的，所述封盖包括定位内孔和过渡内孔，定位内孔套设在阶段B上，为过盈配合，过渡内孔套设在阶段C上，为间隙配合，间隙大于等于0.1mm。

优选的，所述阶段D的外径比工具头内径≥1mm，既能起到限制工具头轴向位移的作用，又能为滚动体起到轴向限位的作用。

优选的，所述封盖，与阶段B和阶段C的轴肩处，通过过盈配合装配，过盈量大于等于0.01mm，封盖通过过盈配合安装在安装轴上，起到限制工具头轴向位移，以及限制滚动体轴向位移的作用。

优选的，所述安装轴的阶段D的圆周上对称开设有两处缺口，用于螺栓紧固时方便施力。

优选的，滚动体为多个滚针组成的圆环结构，或者滚针轴承。

本实用新型的工作过程为：

工作时，将工具头伸入加工工件小孔内，使工具头的外缘位置紧贴小孔内壁，工件旋转带动工具头转动，工具头带动滚动体转动，工具头与滚动体之间为滚动摩擦，减轻了摩擦力，使工具头转动更灵活，由此完成工件内孔的加工。

加工材料硬度＜30HRC时，可选用纵向振动变幅杆，通过机床沿工件径向的预压力，对工件施加压力，实现小孔内壁的超声加工与强化，轴向振动在机床进给的带动下实现沿孔深方向的加工。

加工材料硬度≥30HRC时，选用弯曲振动变幅杆，安装在变幅杆后端的超声换能器为变幅杆提供振动能量，变幅杆为弯曲振动变幅杆，前端振动方式为轴向振动与径向振动的复合运动，安装在变幅杆前端的工具头也产生轴向与切向振动，切向振动与预压力实现小孔内壁的超声加工与强化，轴向振动在机床进给的带动下实现沿孔深方向的加工。

由于加工的内孔具有一定的深度，加工时，随着机床的进给，变幅杆也同时伸入孔内部，实现工具头对内孔的加工。

本实用新型中未详尽之处，均可采用现有技术进行。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型采用直接安装结构，在安装时，封盖、滚动体和工具头依次安装在安装轴上，可以作为整体部件直接螺纹安装在变幅杆上，无需借助外套结构，同时省略工具座，结构简单，安装方便，安装后可直接进行加工工件，无需调整工具头方向，无需进行间隙调节，效率较高。

2)本实用新型在工作时变幅杆也可深入工件内孔内，可实现对小内孔(8-15mm)工件的加工。

附图说明

图1为本实用新型的小内孔超声波金属表面加工刀具头某一实施例的结构示意图；

图2为滚动体处的某一截面示意图；

图3为安装轴某一实施例的结构示意图；

图4为封盖某一实施例的结构示意图；

其中，1-变幅杆，2-紧定螺钉，3-滚动体，301-滚针，4-封盖，401-定位内孔，402-过渡内孔，403-卡槽B，5-工具头，6-安装轴，601-阶段A，602-阶段B，603-阶段C，604-阶段D，605-固定槽，606-缺口。

具体实施方式：

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本实用新型未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，如图1-4所示，包括变幅杆1、安装轴6、封盖4、滚动体3和工具头5；

变幅杆1前端设置有一螺纹孔，安装轴6为阶梯轴，从后到前依次包括阶段A 601、阶段B 602、阶段C 603和阶段D 604，且外径依次增大，阶段A 601上设置有外螺纹，螺纹安装在变幅杆1的螺纹孔内；变幅杆1和安装轴6通过紧定螺钉2固定；

封盖4为阶梯状圆环，卡设在阶段B 602和阶段C 603的轴肩处，可以保证封盖在可靠地安装在轴肩上，防止封盖轴向位移；滚动体3为圆环状，套设在安装轴的阶段C 603上，且滚动体3后端紧靠封盖4，前端卡在阶段C 603和阶段D 604的轴肩处，滚动体3沿阶段C均布一周，起到支撑工具头的作用，与工具头和安装轴之间均为转动摩擦，不影响工具头的转动；

工具头5也为圆环状，套设在滚动体3外部，且工具头5两端卡设在封盖4与阶段D604之间，封盖4前端面设置有一卡槽A，工具头与封盖接触处设置有一卡槽B 403，卡槽A与卡槽B 403相互配合实现对工具头5一端的限位，工具头5的内径小于阶段D 604的外径。

工具头前后通过阶段D 604和封盖端面进行限位，间隙大小≤0.01mm，使得工具头既能轴向限位，又能实现转动；工具头的外径尺寸根据加工的内孔确定，一般外径小于工件内孔尺寸1mm。

实施例2：

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，结构如实施例1所示，所不同的是，变幅杆1一侧设置有螺纹孔，安装轴6上设置有固定槽605，紧定螺钉2穿过螺纹孔固定在固定槽605内；紧定螺钉2选用高强度12.9级锥端紧定螺钉，紧定螺钉前端嵌入固定槽内，对安装轴可起到螺纹防松的作用。

变幅杆1为弯曲振动变幅杆，变幅杆后端连接有超声波换能器。

变幅杆1的螺纹孔为细牙螺纹，可以起到紧固效果，螺纹孔规格可根据实际加工尺寸进行设计，尺寸等于M6。

实施例3：

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，结构如实施例2所示，所不同的是，如图4所示，封盖4包括定位内孔401和过渡内孔402，定位内孔401套设在阶段B 602上，为过盈配合，过渡内孔402套设在阶段C 603上，为间隙配合，间隙大于等于0.1mm。

阶段D 604的外径比工具头内径≥1mm，既能起到限制工具头轴向位移的作用，又能为滚动体起到轴向限位的作用。

封盖4，与阶段B和阶段C的轴肩处，通过过盈配合装配，过盈量大于等于0.01mm，封盖通过过盈配合安装在安装轴上，起到限制工具头轴向位移，以及限制滚动体轴向位移的作用。

实施例4：

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，结构如实施例3所示，所不同的是，安装轴6的阶段D的圆周上对称开设有两处缺口606，用于螺栓紧固时方便施力。

实施例5：

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，结构如实施例1所示，所不同的是，如图2所示，滚动体为多个滚针301组成的圆环结构，在安装轴与工具头所组成的环形空间内设置有多个圆柱状滚针，多个尺寸相同的滚针301紧密均匀排列在该环形空间(滚针直径优选为1mm)，且工具头与安装轴空隙之间涂有润滑脂，进一步减轻了摩擦力。

实施例6：

一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，结构如实施例1所示，所不同的是，滚动体之间采用滚针轴承。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，包括变幅杆、安装轴、封盖、滚动体和工具头；

所述变幅杆前端设置有一螺纹孔，所述安装轴为阶梯轴，从后到前依次包括阶段A、阶段B、阶段C和阶段D，且外径依次增大，所述阶段A上设置有外螺纹，螺纹安装在变幅杆的螺纹孔内；所述变幅杆和安装轴通过紧定螺钉固定；

所述封盖为阶梯状圆环，卡设在阶段B和阶段C的轴肩处；所述滚动体为圆环状，套设在安装轴的阶段C上，且滚动体后端紧靠封盖，前端卡在阶段C和阶段D的轴肩处；

所述工具头也为圆环状，套设在滚动体外部，且工具头两端卡设在封盖与阶段D之间，所述封盖前端面设置有一卡槽A，工具头与封盖接触处设置有一卡槽B，卡槽A与卡槽B相互配合实现对工具头一端的限位，所述工具头的内径小于阶段D的外径。

2.根据权利要求1所述的小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，所述变幅杆一侧设置有螺纹孔，安装轴上设置有固定槽，紧定螺钉穿过螺纹孔固定在固定槽内。

3.根据权利要求1所述的小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，所述变幅杆为纵向振动变幅杆或弯曲振动变幅杆；

所述变幅杆的螺纹孔为细牙螺纹，尺寸小于等于M6。

4.根据权利要求1所述的小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，所述封盖包括定位内孔和过渡内孔，定位内孔套设在阶段B上，为过盈配合，过渡内孔套设在阶段C上，为间隙配合，间隙大于等于0.1mm。

5.根据权利要求1所述的小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，所述阶段D的外径比工具头内径≥1mm。

6.根据权利要求1所述的小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，所述封盖，与阶段B和阶段C的轴肩处，通过过盈配合装配，过盈量大于等于0.01mm。

7.根据权利要求1所述的小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，所述安装轴的阶段D的圆周上对称开设有两处缺口，用于螺栓紧固时方便施力。

8.根据权利要求1所述的小内孔超声波金属表面加工刀具头，其特征在于，所述滚动体为多个滚针组成的圆环结构，或者滚针轴承。

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