一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統的制作方法
【專利摘要】一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，包括刀柄、換能器、二維振動變幅桿、彈簧夾頭、筒形發射線圈、筒形接收線圈、發射線圈支架和線圈均勻風冷機構；設定刀柄的中心線沿垂直方向設置，刀柄包括上側的夾持部和下側的纏繞部，刀柄的纏繞部內開設有底部敞口的圓柱形的腔體，腔體與刀柄同軸線設置；換能器和二維振動變幅桿均位于腔體內，換能器的下端通過雙頭螺栓與二維振動變幅桿的上端連接，二維振動變幅桿與刀柄的底部連接；本實用新型可在不改變現有機床的前提下，方便地使機床能夠滿足高速、超聲復合加工的要求，為高速超聲復合的抗疲勞制造研究提供保障。
【專利說明】
一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于機械加工領域，具體涉及一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統。
【背景技術】
[0002]超聲輔助加工是對傳統切削、磨削等加工方法的刀具或工件施以超聲頻振動而形成的加工技術。與傳統的切削、磨削加工方法相比，超聲輔助加工可減小刀具磨損，降低切削力，提高加工表面質量，被廣泛應用于加工硬脆材料、復合材料等難加工材料。高速加工具有提高生產效率、降低切削力、提高加工質量等好處。將高速加工與超聲加工復合，研究高速加工時材料應變率強化與熱軟化效應及超聲加工時的沖擊、空化效應等因素耦合對表面層形成的影響，即研究高速超聲復合制造方法所獲得的抗疲勞表面的損傷機理、應力場狀態即疲勞壽命，特別是該加工方法形成的表面層的抗疲勞適應性等問題，需要一種能夠滿足在高速旋轉前提下工作的輔助超聲振動加工設備。
[0003]超聲輔助加工設備中換能器隨刀柄一起高速旋轉，如何將靜止設備輸出的高頻超聲電信號有效地傳輸到高速旋轉的超聲振動單元的換能器上并保持高速下的傳輸穩定性是實現高速超聲復合加工的一個前提和難點。傳統的超聲輔助加工通過碳刷和導電滑環的摩擦接觸傳輸能量為換能器供電，但這種方法在高速下碳刷磨損過快、發熱量大、容易積碳打火，并且導線裸露、無法實現自動換刀，不利于產品系列化應用。如何在不改變機床本身結構的前提下，很好地實現超聲加工與高速加工相復合，成為亟需解決的技術問題。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、操作方便、精確度高并且能夠在不改變機床本身結構的前提下，很好地實現超聲加工與高速加工相復合的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，包括刀柄、換能器、二維振動變幅桿、彈簧夾頭、筒形發射線圈、筒形接收線圈、發射線圈支架和線圈均勻風冷機構;設定刀柄的中心線沿垂直方向設置，刀柄包括上側的夾持部和下側的纏繞部，刀柄的纏繞部內開設有底部敞口的圓柱形的腔體，腔體與刀柄同軸線設置；
[0006]換能器和二維振動變幅桿均位于腔體內，換能器的下端通過雙頭螺栓與二維振動變幅桿的上端連接，二維振動變幅桿與刀柄的底部連接;彈簧夾頭安裝在二維振動變幅桿的下端;筒形接收線圈纏繞固定在刀柄的下側纏繞部外表面;發射線圈支架同軸線設置在刀柄下部外側，筒形發射線圈位于發射線圈支架內；筒形發射線圈與筒形接收線圈之間形成環形間隙，發射線圈支架與刀柄之間具有與環形間隙對應的風冷間隙；線圈均勻風冷機構設置在發射線圈支架上。
[0007]換能器和二維振動變幅桿的接觸面與刀柄的內壁之間周向設有彈性橡膠圈。
[0008]彈簧夾頭通過鎖緊螺母安裝在二維振動變幅桿下端;二維振動變幅桿下端部開設有開口向下且上小下大的內錐形孔，二維振動變幅桿下端部外緣設有外螺紋，彈簧夾頭安裝在鎖緊螺母內，鎖緊螺母螺紋連接在二維振動變幅桿下端，彈簧夾頭向上伸入到內錐形孔內。
[0009]發射線圈支架包括線圈固定筒和線圈支架端蓋，線圈固定筒上下通透，線圈固定筒同軸線設置在刀柄下部外側，線圈支架端蓋為圓環形，線圈支架端蓋通過固定螺栓固定在線圈固定筒的底部端面，筒形發射線圈設在線圈支架端蓋上并裝配在線圈固定筒內。
[0010]線圈均勻風冷機構包括氣管、三通接頭和固定盤，氣管的兩端與三通接頭的其中兩個接頭對應連接形成一個環形風冷管，環形風冷管通過固定盤環形設在線圈固定筒上表面，環形風冷管底部設有出風孔，出風孔位于環形間隙正上方。
[0011 ] 二維振動變幅桿的下側外表面開設有螺旋槽。
[0012]二維振動變幅桿與刀柄的底部端面法蘭連接。
[0013]二維振動變幅桿下端外周固定有法蘭盤，二維振動變幅桿通過法蘭盤與與刀柄的下端內側面過盈配合。
[0014]采用上述技術方案，本實用新型具有以下有益效果:
[0015](I)本實用新型在不改變高速機床的原有結構的前提下，能夠使刀具實現縱扭的二維超聲振動，對高速超聲加工的實現具有十分重要的意義；
[0016](2)筒形接收線圈與筒形發射線圈的工作配合為筒形非接觸式供電方法，基于電磁轉換原理的筒形非接觸式供電方法相比與傳統的供電方式有很多優點，首先它不是通過裸露的導體相互接觸來傳遞電能，傳輸能力不易受到外部環境影響，其次，相對于普通的圓環式非接觸供電，筒形非接觸式電磁轉換供電方法在接收線圈并聯無極電容的條件下，具有更高的傳輸效率以及穩定性，更適應于高速條件下的電能無線傳輸；
[0017](3)由于本實用新型的輸電方法為電磁感應式非接觸供電方法，伴隨電能的無線傳輸必然有磁感應加熱，為保證系統在工作時的穩定性，不至使其過熱，本實用新型采用線圈均勻風冷機構，能夠有效地實現對筒形接收線圈和筒形發射線圈的冷卻；
[0018](4) 二維振動變幅桿通過法蘭盤與與刀柄的下端內側面過盈配合，提高了二維振動變幅桿的刀柄內的徑向定位精度，并且保證了刀柄、二維振動變幅桿以及換能器的精確同軸，增加高速旋轉穩定性；
[0019](5)換能器和二維振動變幅桿的接觸面與刀柄的內壁之間周向設有彈性橡膠圈，彈性橡膠圈用于減少工作狀態下能量的損失，保證加工時的高速旋轉穩定性；
[0020](6) 二維振動變幅桿的下側外表面開設有螺旋槽，螺旋槽用于實現刀柄的縱扭二維超聲振動。
[0021]綜上所述，本實用新型可在不改變現有機床的前提下，方便地使機床能夠滿足高速、超聲復合加工的要求，為高速超聲復合的抗疲勞制造研究提供保障。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0023]圖2是圖1中A-A處剖視圖；
[0024]圖3是圖1中發射線圈支架的結構示意圖；
[0025]圖4是圖3的俯視圖。
【具體實施方式】
[0026]如圖1-4所示，本實用新型的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，包括刀柄7、換能器1、二維振動變幅桿2、彈簧夾頭3、筒形發射線圈4、筒形接收線圈5、發射線圈支架6和線圈均勻風冷機構;設定刀柄7的中心線沿垂直方向設置，刀柄7包括上側的夾持部71和下側的纏繞部72，刀柄7的夾持部71安裝于機床主軸，刀柄7的纏繞部72內開設有底部敞口的圓柱形的腔體8，腔體8與刀柄7同軸線設置；
[0027]換能器I和二維振動變幅桿2均位于腔體8內，換能器I的下端通過雙頭螺栓9與二維振動變幅桿2的上端連接，二維振動變幅桿2與刀柄7的下端面法蘭連接;彈簧夾頭3安裝在二維振動變幅桿2的下端;筒形接收線圈5纏繞固定在刀柄7的下側纏繞部72外表;發射線圈支架6固定在刀柄7下部外側，筒形發射線圈4位于發射線圈支架6內；筒形發射線圈4與筒形接收線圈5之間形成環形間隙11，發射線圈支架6與刀柄4之間具有與環形間隙11對應的風冷間隙；線圈均勻風冷機構設置在發射線圈支架6上。換能器I為現有常規技術，二維振動變幅桿2為普通梯形變幅桿開螺旋槽21得到，可使刀具實現縱扭二維超聲振動。
[0028]換能器I和二維振動變幅桿2的接觸面與刀柄7的內壁之間設有彈性橡膠圈12。
[0029]彈簧夾頭3通過鎖緊螺母13安裝在二維振動變幅桿2下端，彈簧夾頭3用于夾持刀具;二維振動變幅桿2下端部開設有開口向下且上小下大的內錐形孔14，二維振動變幅桿2下端部外緣設有外螺紋，彈簧夾頭3安裝在鎖緊螺母13內，鎖緊螺母13螺紋連接在二維振動變幅桿2下端，彈簧夾頭3向上伸入到內錐形孔14內。鎖緊螺母13為用于裝配彈簧夾頭3的專用螺母，為現有常規技術。
[0030]發射線圈支架6包括線圈固定筒15和線圈支架端蓋16，線圈固定筒15上下通透，線圈固定筒15位于刀柄7下部外側，線圈固定筒15通過螺栓固定在機床主軸外殼上，線圈支架端蓋16為圓環形，線圈支架端蓋16通過固定螺栓17固定在線圈固定筒15的底部端面，筒形發射線圈4通過線圈支架端蓋16裝配在線圈固定筒15內。
[0031]線圈均勻風冷機構包括氣管、三通接頭和固定盤19，氣管的兩端通過與三通接頭的其中兩個接頭連接形成一個環形風冷管18，在使用時，三通接頭的另一個接頭需連接空氣壓縮機，環形風冷管18通過固定盤19環形設在線圈固定筒15上表面，環形風冷管18底部設有出風孔20，出風孔20位于環形間隙11正上方。三通接頭為常規現有技術，圖中未示出。
[0032]二維振動變幅桿2的下側外表面開設有螺旋槽21。
[0033]在具體工作時，在機床主軸的驅動下，刀柄7帶動換能器I隨機床主軸轉動，超聲波發生器輸出的電信號為正弦波信號，超聲波發生器的輸出端連接筒形發射線圈4，使筒形發射線圈4周圍產生交變的磁場，纏繞在刀柄7上的筒形接收線圈5接收到該感應信號，筒形接收線圈5輸出的電流傳遞給刀柄7的腔體8內的換能器I，因而驅動換能器I產生超聲振動，通過二維振動變幅桿2對振幅的放大以及變換，可使安裝于二維振動變幅桿2末端的刀具實現同時進行旋轉和縱扭復合二維超聲振動兩種運動方式，以此來進行銑削或磨削加工，大大提高了加工效率和加工質量。
[0034]線圈均勻風冷機構用于除去本裝置在工作過程中產生的熱量，【具體實施方式】為:將三通接頭的另一個接頭與空氣壓縮機連接，啟動空氣壓縮機，空氣壓縮機將風送進氣管內，并由氣管的出風孔20送入環形間隙11內，對筒形接收線圈5和筒形發送線圈散熱。
[0035]本實施例并非對本實用新型的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術方案的保護范圍。
【主權項】
1.一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:包括刀柄、換能器、二維振動變幅桿、彈簧夾頭、筒形發射線圈、筒形接收線圈、發射線圈支架和線圈均勻風冷機構;設定刀柄的中心線沿垂直方向設置，刀柄包括上側的夾持部和下側的纏繞部，刀柄的纏繞部內開設有底部敞口的圓柱形的腔體，腔體與刀柄同軸線設置； 換能器和二維振動變幅桿均位于腔體內，換能器的下端通過雙頭螺栓與二維振動變幅桿的上端連接，二維振動變幅桿與刀柄的底部連接;彈簧夾頭安裝在二維振動變幅桿的下端;筒形接收線圈纏繞固定在刀柄的下側纏繞部外表面;發射線圈支架同軸線設置在刀柄下部外側，筒形發射線圈位于發射線圈支架內；筒形發射線圈與筒形接收線圈之間形成環形間隙，發射線圈支架與刀柄之間具有與環形間隙對應的風冷間隙；線圈均勻風冷機構設置在發射線圈支架上。2.根據權利要求1所述的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:換能器和二維振動變幅桿的接觸面與刀柄的內壁之間周向設有彈性橡膠圈。3.根據權利要求2所述的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:彈簧夾頭通過鎖緊螺母安裝在二維振動變幅桿下端;二維振動變幅桿下端部開設有開口向下且上小下大的內錐形孔，二維振動變幅桿下端部外緣設有外螺紋，彈簧夾頭安裝在鎖緊螺母內，鎖緊螺母螺紋連接在二維振動變幅桿下端，彈簧夾頭向上伸入到內錐形孔內。4.根據權利要求3所述的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:發射線圈支架包括線圈固定筒和線圈支架端蓋，線圈固定筒上下通透，線圈固定筒同軸線設置在刀柄下部外側，線圈支架端蓋為圓環形，線圈支架端蓋通過固定螺栓固定在線圈固定筒的底部端面，筒形發射線圈設在線圈支架端蓋上并裝配在線圈固定筒內。5.根據權利要求4所述的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:線圈均勻風冷機構包括氣管、三通接頭和固定盤，氣管的兩端與三通接頭的其中兩個接頭對應連接形成一個環形風冷管，環形風冷管通過固定盤環形設在線圈固定筒上表面，環形風冷管底部設有出風孔，出風孔位于環形間隙正上方。6.根據權利要求5所述的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:二維振動變幅桿的下側外表面開設有螺旋槽。7.根據權利要求6所述的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:二維振動變幅桿與刀柄的底部端面法蘭連接。8.根據權利要求6所述的一種適用于高速超聲銑磨加工的刀柄集成系統，其特征在于:二維振動變幅桿下端外周固定有法蘭盤，二維振動變幅桿通過法蘭盤與刀柄的下端內側面過盈配合。
【文檔編號】B24B1/04GK205520756SQ201620284609
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】范凱洋, 牛贏, 趙彬彬, 徐瑞玲, 陳匯資
【申請人】河南理工大學