TW202031408A - 超音波加工工具夾持器 - Google Patents

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陳長仁
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Abstract

一種超音波加工工具夾持器，用於與一通過一心軸提供一電源的一加工機併用，其包括：被容納在心軸中的一柄部，柄部上設置有與心軸形成電氣連接之一導電盤；一工具架設部，包括一軸向延伸的工具架設孔徑，能容納及固定一工具的一部份；以及一固設於工具架設部內之超音波振動單元，其能接收電源並產生一高頻振動，該高頻振動經由工具架設孔徑傳遞到工具者。

Description

超音波加工工具夾持器
本發明係關於一種工具夾持器，特別是指一種應用於超音波加工的工具夾持器。
習用超音波加工機(Ultrasonic Machining, USM)，係將超音波振動單元安裝在一旋轉主軸上，使得超音波所產生的高頻振動，經由一工具夾持器傳遞到一工具上，讓工具兼具有高速旋轉及超音波高頻振動等功能，可用以進行各種研磨或切削加工，特別適用於硬脆材料的精密加工。
使用超音波加工機進行加工時，工具的切削面不斷高頻振動並與切屑分離，明顯改善切屑與加工工具之切削面間，因高溫、高壓所造成的不良效果，進而提供防止顫紋、降低切削阻力、降低加工應變、有效改善排屑及有效改善加工表面等切削作業效果。
超音波加工機工作時，振動源由超音波振動單元產生，經由工具夾持器傳遞到工具刀尖，使之對一被加工件進行超音波高頻振動加工作業。超音波加工作業期間，除超音波高頻振動外，超音波加工機各種部件相互接觸工作，亦必然產生不期待的意外振動；此不期待的意外振動與超音波高頻振動間產生相互干擾，進而影響加工工序，對產品精度具有不利的影響。
加長長度的長形工具夾持器或例如美國USP1502528、USP2716030及USP8821084等專利案所揭示的組合連接式工具夾持器，在應用高的細長比(L/D)時，往往受到工具夾持器的材料剛性與精度所影響，造成加工品質不佳或無法加工的問題，是目前加工機所面臨的加工瓶頸；或者上述工具夾持器如被應用於超音波加工機時，由於超音波高頻振動源的傳遞路徑加長，超音波振動與上述不期待的意外振動相互干擾的情形將更為嚴重，工具夾持器受到超音波高頻振動影響而產生連結振動的情形，且各種振動頻率的最大振幅點位置更難以控制在工具的刀尖位置上，導致不期望的切削性能，諸如較差的工件表面光潔度和超過公差範圍的已加工工件；進而對機器和對工具產生磨損，在最壞的情況下結果是導致無法修復的損壞。
本發明之目的即在於提供一種超音波加工工具夾持器，其能有效縮短超音波高頻振動源的傳遞路徑，避免工具夾持器受到超音波高頻振動影響而產生不期待的連結振動，維持較優的工件表面光潔度和加工精密度。
本發明之次一目的係在於提供一種超音波加工工具夾持器，其能改善工具夾持器因長度加長，造成剛性降低與偏擺增加的問題，及克服高細長比工具夾持器剛性不足問題，並能縮短細長比，如圖3所示，工具夾持器的細長比由未設超音波振動器的L1/D，縮短至本發明設置前置式超音波振動器的L/D，同時工具夾持器的長度可以持續加長，其細長比維持於L/D的固定值，不受限於L1的長度者。
本發明之又一目的係在於提供一種超音波加工工具夾持器，特別適合應用於各式不同加長長度的長形工具夾持器或組合連接式工具夾持器中使用。
可達成上述發明目的之超音波加工工具夾持器，用於與一通過一心軸提供一電源的一加工機併用，該工具夾持器包括：被容納在該心軸中的一柄部，該柄部上設置有一導電盤，該導電盤與該心軸形成電氣連接，用以導通該電源至該工具夾持器；一工具架設部，包括一軸向延伸的工具架設孔徑，該工具架設孔徑能容納及固定一工具的一部份；以及一固設於該工具架設部內之超音波振動單元，該超音波振動單元電性連接至該導電盤，而能接收該電源並產生一高頻振動，該高頻振動經由該工具架設部傳遞到該工具者。
在本發明一較佳實施例中，其中該工具架設部更包括：一彈性夾頭，該彈性夾頭內部形成該工具架設孔徑，該彈性夾頭上開設數個相互平行且一端開口的軸向槽溝，數個軸向槽溝間形成數個彈性爪片；以及一鎖緊件，該鎖緊件被鎖緊時，施力於該數個彈性爪片上使之彈性變形，進而向內夾緊安裝於該彈性夾頭內之該工具者。
在本發明一較佳實施例中，其中該柄部與該工具架設部內部設有相互連通的電纜導孔，該導電盤經由穿過該電纜導孔的一電纜線，電性連接至該超音波振動單元者。
在本發明一較佳實施例中，更包括有至少一個串接於該柄部與該工具架設部之間的延伸套管模組。
在本發明一較佳實施例中，其中該延伸套管模組具有一公接頭端部及一母接頭端部，使各延伸套管模組能夠首尾相互串接者。
請同時參閱圖1及圖2，本發明所提供之超音波加工工具夾持器，用於與一通過一心軸（圖未示出）提供一電源的一加工機併用，該工具夾持器包括：被容納在該心軸中的一柄部10，該柄部10上設置有一導電盤11，該導電盤11與該心軸形成電氣連接，用以導通該電源至該導電盤11；一工具架設部20，包括一軸向延伸的工具架設孔徑21，該工具架設孔徑21能容納及固定一工具（圖未示出）的一部份（例如工具柄）；以及一固設於該工具架設部20內之超音波振動單元30，該超音波振動單元30電性連接至該導電盤11，而能接收該電源並產生一高頻振動，該高頻振動經由該工具架設孔徑21傳遞到該工具者。上述構成能夠有效縮短超音波高頻振動源的傳遞路徑。
柄部10具有一錐形外表面15，其配置成可被容納在一加工機的心軸中，使工具夾持器及心軸相互對齊，並延軸向緊密連接。且柄部10的外部構造，被配置成允許工具夾持器可用於自動化工具改變系統中。
該工具架設部20大致上可為一圓筒形元件，其更設置有一彈性夾頭22，該彈性夾頭22內部形成該工具架設孔徑21，該彈性夾頭22上開設數個相互平行且一端開口的軸向槽溝23，數個軸向槽溝23間形成數個彈性爪片24；並於彈性夾頭22外部設有一鎖緊件25，該鎖緊件25被鎖緊時，施力於該數個彈性爪片24上使之彈性變形，進而向內夾緊安裝於該彈性夾頭22內之該工具者。上述利用彈性夾頭22鎖固工具的方式，並非惟一選擇，熟悉此技藝人士應能瞭解到可採用其他固定工具的方法。
在本發明一較佳實施例中，其中該柄部10與該工具架設部20內部設有相互連通的電纜導孔12，該導電盤11經由穿過該電纜導孔12的一電纜線13，電性連接至該超音波振動單元30者。該導電盤11與加工機的心軸間，可以採用非接觸式導電連接，例如利用電磁感應通電等；當然導電盤11與加工機的心軸間，亦可採用二個電極的接觸式導電連接，能將電源之電力供應至作為碳刷的導電盤11，在此不另說明。
請參閱圖3，顯示本發明所提供之超音波加工工具夾持器第二實施例，在該柄部10與該工具架設部20之間，更設置有至少一個延伸套管模組40，每一延伸套管模組40具有一公接頭端部41及一母接頭端部42，且於柄部10上設有對應的公接頭端部14，工具架設部20上則設有對應的母接頭端部26，使各延伸套管模組40能夠與該柄部10及該工具架設部20相互連接，各延伸套管模組40亦能首尾相互串接者。使用者可視加工需要，選擇所使用延伸套管模組40的個數，藉以調整工具夾持器所需的長度。
本發明所提供之超音波加工工具夾持器，將超音波振動單元設置於用以固定工具的工具架設部上，能有效縮短超音波高頻振動源的傳遞路徑，避免工具夾持器受到超音波高頻振動影響而產生不期待的連結振動，同時解決加工時所面臨高細長比工具夾持器固有無法解決的剛性不足問題，維持較優的工件表面光潔度和加工精密度。尤其是加長長度的長形工具夾持器或組合連接式工具夾持器，特別適合使用本發明所提供的超音波加工工具夾持器。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
10:柄部 11:導電盤 12:電纜導孔 13:電纜線 14:公接頭端部 15:錐形外表面 20:工具架設部 21:工具架設孔徑 22:彈性夾頭 23:軸向槽溝 25:鎖緊件 26:母接頭端部 30:超音波振動單元 40:延伸套管模組 41:公接頭端部 42:母接頭端部
圖1為本發明超音波加工工具夾持器第一實施例之剖面視圖； 圖2為圖1中A部份的放大視圖；以及 圖3為該超音波加工工具夾持器第二實施例之剖面視圖。
10:柄部
11:導電盤
12:電纜導孔
13:電纜線
14:公接頭端部
15:錐形外表面
20:工具架設部
21:工具架設孔徑
22:彈性夾頭
23:軸向槽溝
25:鎖緊件
26:母接頭端部
30:超音波振動單元

Claims (5)

  1. 一種超音波加工工具夾持器，用於與一通過一心軸提供一電源的一加工機併用，該工具夾持器包括： 被容納在該心軸中的一柄部，該柄部上設置有一導電盤，該導電盤與該心軸形成電氣連接，用以導通該電源至該工具夾持器； 一工具架設部，包括一軸向延伸的工具架設孔徑，該工具架設孔徑能容納及固定一工具的一部份；以及 一固設於該工具架設部內之超音波振動單元，該超音波振動單元電性連接至該導電盤，而能接收該電源並產生一高頻振動，該高頻振動經由該工具架設部傳遞到該工具者。
  2. 如申請專利範圍第1 項所述之超音波加工工具夾持器，其中該工具架設部更包括： 一彈性夾頭，該彈性夾頭內部形成該工具架設孔徑，該彈性夾頭上開設數個相互平行且一端開口的軸向槽溝，數個軸向槽溝間形成數個彈性爪片；以及 一鎖緊件，該鎖緊件被鎖緊時，施力於該數個彈性爪片上使之彈性變形，進而向內夾緊安裝於該彈性夾頭內之該工具者。
  3. 如申請專利範圍第1 項所述之超音波加工工具夾持器，其中該柄部與該工具架設部內部設有相互連通的電纜導孔，該導電盤經由穿過該電纜導孔的一電纜線，電性連接至該超音波振動單元者。
  4. 如申請專利範圍第1 項所述之超音波加工工具夾持器，更包括有至少一個串接於該柄部與該工具架設部之間的延伸套管模組。
  5. 如申請專利範圍第4 項所述之超音波加工工具夾持器，其中該延伸套管模組具有一公接頭端部及一母接頭端部，使各延伸套管模組能夠首尾相互串接者。
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