一种附件式旋转超声振动刀柄制造技术

本发明专利技术公开了一种附件式旋转超声振动刀柄，包括刀柄筒体组件、压电式声学振动组件、碳刷式导电滑环组件和浮动式快速电连接总成；压电式声学振动组件设于刀柄筒体组件内部，碳刷式导电滑环组件设于刀柄筒体组件外侧，浮动式快速电连接总成连接外部电源，并依次与碳刷式导电滑环组件、刀柄筒体组件和压电式声学振动组件电连接。本发明专利技术的一种附件式旋转超声振动刀柄具有的优点为：对结构整体进行了紧凑化轻量化设计，采用标准化数控刀柄接口设计，方便快速换刀；采用紧凑化设计的碳刷导电组件，实现超声电能信号的高效稳定传输。

A kind of accessory rotary ultrasonic vibration tool handle

The invention discloses an accessory type rotary ultrasonic vibration knife handle, which comprises a knife handle cylinder assembly, a piezoelectric acoustic vibration assembly, a carbon brush type conductive slip ring assembly and a floating fast electric connection assembly; the piezoelectric acoustic vibration assembly is arranged inside the knife handle cylinder assembly, the carbon brush type conductive slip ring assembly is arranged outside the knife handle cylinder assembly, and the floating fast electric connection assembly is connected with an external power supply In turn, the utility model is electrically connected with a brush type conductive slip ring assembly, a knife handle cylinder assembly and a piezoelectric acoustic vibration assembly. The accessory type rotary ultrasonic vibration tool holder of the invention has the advantages of compact and lightweight design for the whole structure, standardized CNC tool holder interface design for convenient and rapid tool change, compact design of carbon brush conductive component for efficient and stable transmission of ultrasonic electric energy signal.

【技术实现步骤摘要】
一种附件式旋转超声振动刀柄
本专利技术属于超声振动加工装置
，具体涉及一种附件式旋转超声振动刀柄。
技术介绍
随着现代科技与生产的发展，尤其是航空航天领域技术的发展，材料的使用条件越来越严酷，对材料的性能要求也愈来愈高。为满足高新技术发展的需求，出现了高性能新型材料，如硬脆材料、复合材料、高温合金、钛合金等具有突出性能的先进材料。硬脆材料(如人工晶体、工程陶瓷、光学玻璃等)具有高硬度、耐高温、耐磨损、化学稳定性好、不易氧化、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、航天、军工、电子和汽车等领域。复合材料具有优越的物理性能、化学性能和机械性能，比如高比强度、高比刚度、高比模量、良好的绝缘、隔热、隔音性能，有足够的断裂韧性和耐介质腐蚀等其他性能，在航空、航天、导弹、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且不断地向新的领域扩展。目前，对于硬脆材料零件的制造，通常采用磨削的方式进行加工。但由于其较高的硬度和脆性，导致其切削性能差，在用传统的加工方法对其进行材料的去除时易产生较大的磨削力以及磨削热，从而引起工件崩碎、表面/亚表面损伤和降低刀具的寿命等，严重制约了硬脆材料的发展和应用。对于复合材料的加工大多采用传统的高速数控铣削的加工方法，这种加工方式是用铣刀将需要切除的材料打碎，会产生大量粉尘，造成环境污染，直接危害到工人的身体健康状况。此外，加工的零件表面会出现毛刺、分层、纤维拔出等，影响加工质量和效率。超声波加工适于对多种硬脆材料及复合材料的加工，尤其适于加工不导电或电阻率高而不能采用电火花加工的非金属硬脆材料；超声波加工的加工工具不需要旋转，工件和工具之间没有复杂的相对运动，因此加工工具可采用较软的材料做成复杂的形状，易于实现各种复杂形状的成型孔和成型表面的加工。由于超声波加工中的材料去除是靠极小磨料局部、瞬时的撞击作用，因此工件表面的切削力和切削热很小，不会引起变形和烧伤，可以获得较高的加工表面质量、加工精度和加工效率。超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工方法。其中，超声声学系统主要由换能器、变幅杆、刀具组成。超声波发生器将电源转换成超声频电振荡信号，换能器将电振荡信号转换成超声频机械振动，变幅杆将换能器的振动振幅进行放大，变幅杆连接刀具，使刀具振动进行加工。现有的超声刀柄集成结构中，超声组件安装于刀柄内部，工作时超声组件与刀柄一同旋转，从而需要将超声电流信号从外部引入旋转的部件。一般采用碳刷或导电滑环组来实现动静部件的电流信号传输。但是这种设计使超声刀柄集成结构复杂笨拙，不易自动换刀。例如，申请号为CN201410637206.5的专利文件公开了“一种改进电主轴”，转子末端通过电刷传递超声信号，经由轴芯，将超声换能器集成在转子内部，分离式变幅杆通过拉爪连接到主轴转子。但该专利在实际中未考虑到实际换能器装配等问题，对主轴内部结构改动较大，换刀时实施难度也相对较高。也有超声刀柄集成结构采用非接触式导电组件传输超声电流信号，如申请号为CN201410212162.1的专利文件公开了“非接触能量传输式超声加工装置”，使用原、副边磁环线圈电磁感应，实现超声信号的非接触传输，但是变幅杆和换能器分段连接会导致振动传递损失较大，无法稳定传输大功率信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前超声刀柄集成结构复杂，不易自动换刀，而装有非接触式导电组件的超声刀柄集成结构的问题无法稳定传输大功率信号的问题，提供一种附件式旋转超声振动刀柄。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种附件式旋转超声振动刀柄，包括：刀柄筒体组件、压电式声学振动组件、碳刷式导电滑环组件和浮动式快速电连接总成；压电式声学振动组件设于刀柄筒体组件内部，碳刷式导电滑环组件设于刀柄筒体组件外侧，浮动式快速电连接总成连接外部电源，并依次与碳刷式导电滑环组件、刀柄筒体组件和压电式声学振动组件电连接。优选地，刀柄筒体组件包括标准刀柄和接合套筒；接合套筒的第一端与标准刀柄螺纹连接，接合套筒的第二端用于安装压电式声学振动组件。优选地，压电式声学振动组件包括换能器、变幅杆、刀具和声学组件防护罩；换能器连接变幅杆，声学组件防护罩插接于变幅杆，以包覆换能器；变幅杆具有安装部，用于与接合套筒的第二端连接；刀具与变幅杆连接。优选地，变幅杆的安装部为沿变幅杆周向设置的定位圆柱座，定位圆柱座的外表面设置外螺纹；接合套筒的第二端具有与定位圆柱座的外螺纹相配合的内螺纹。优选地，刀具为匕首形直刃刀具或圆盘形刀具。优选地，浮动式快速电连接总成包括环形抱箍件、接线盒和导电盒，接线盒固定安装于环形抱箍件，接线盒与外部电源电连接，导电盒与接线盒电连接，导电盒用于对碳刷式导电滑环组件供电。优选地，接线盒包括第一盒体和安装于第一盒体上的LEMO电连接结构和导电铜；导电盒包括第二盒体和安装于第二盒体上的导电探针棒和弹簧螺栓；外部电源的正极通过LEMO电连接结构连接至导电铜，导电铜接触导电探针棒，导电探针棒电连接至碳刷式导电滑环组件；接线盒的第一盒体与外部电源的负极电连接，并通过导电弹簧螺栓电连接至碳刷式导电滑环组件。优选地，碳刷式导电滑环组件包括：外轴套、弹簧碳刷体、恒压弹簧碳刷体、上端盖、深沟球轴承、十字交叉滚针轴承、绝缘套筒、轴承挡环和轴承压帽；深沟球轴承设置于外轴套和标准刀柄之间，弹簧碳刷体安装于上端盖，上端盖盖合于深沟球轴承；绝缘套筒套设于标准刀柄，恒压弹簧碳刷体安装于轴承挡环，轴承压帽、十字交叉滚针轴承和轴承挡环依次安装于绝缘套筒与外轴套之间；弹簧碳刷体与导电弹簧螺栓电连接，并与上端盖导电接触，上端盖与深沟球轴承导电接触，深沟球轴承与标准刀柄导电接触，标准刀柄将电流经过接合套筒、变幅杆引导至换能器负极；恒压弹簧碳刷体与导电探针棒电连接，并与轴承挡环导电接触，轴承挡环与十字交叉滚针轴承导电接触，十字交叉滚针轴承与轴承压帽导电接触；压电式声学振动组件还包括与换能器正极电连接的导电端子，轴承压帽通过导线将电流引导至导电端子。优选地，接线盒还包括安装于第一盒体的电源指示灯。优选地，浮动式快速电连接总成还包括安装于环形抱箍件的限速磁开，碳刷式导电滑环组件还包括安装于上端盖的磁性薄片，磁性薄片与限速磁开配合，对旋转超声振动刀柄起限速保护作用。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：(1)该超声刀柄采用标准化数控刀柄(HSK)接口设计，采用HSK刀柄快换方式，普通高速加工中心少量改装后就同时具备高速切削和超声切削的功能，加工的材料范围更广，质量更优，设备利用率更高，避免了目前超声主轴单元方式对机床主机改动工作量大，换刀效率偏低的不足。(2)该刀柄结构进行了紧凑化轻量化设计，结构紧凑，体积小巧，质量较轻，有效地兼顾压电式声学振动组件的容量。(3)该刀柄结构内部所设计的压电式声学振动组件性能稳定，适应性强。可依据不同的加工材料特性，调整相适应的自振模式与频率，达到最佳工作谐振状态，特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，包括：刀柄筒体组件、压电式声学振动组件、碳刷式导电滑环组件和浮动式快速电连接总成；刀柄筒体组件套设于压电式声学振动组件，碳刷式导电滑环组件设于刀柄筒体组件外侧，浮动式快速电连接总成连接外部电源，并依次与碳刷式导电滑环组件、刀柄筒体组件和压电式声学振动组件电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，包括：刀柄筒体组件、压电式声学振动组件、碳刷式导电滑环组件和浮动式快速电连接总成；刀柄筒体组件套设于压电式声学振动组件，碳刷式导电滑环组件设于刀柄筒体组件外侧，浮动式快速电连接总成连接外部电源，并依次与碳刷式导电滑环组件、刀柄筒体组件和压电式声学振动组件电连接。


2.根据权利要求1所述的一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，所述刀柄筒体组件包括标准刀柄和接合套筒；接合套筒的第一端与标准刀柄螺纹连接，接合套筒的第二端用于安装压电式声学振动组件。


3.根据权利要求2所述的一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，所述压电式声学振动组件包括换能器、变幅杆、刀具和声学组件防护罩；换能器连接变幅杆，声学组件防护罩插接于变幅杆，以包覆换能器；变幅杆具有安装部，用于与接合套筒的第二端连接；刀具与变幅杆连接。


4.根据权利要求3所述的一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，所述变幅杆的安装部为沿变幅杆周向设置的定位圆柱座，定位圆柱座的外表面设置外螺纹；所述接合套筒的第二端具有与定位圆柱座的外螺纹相配合的内螺纹。


5.根据权利要求3所述的一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，所述刀具为匕首形直刃刀具或圆盘形刀具。


6.根据权利要求3所述的一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，所述浮动式快速电连接总成包括环形抱箍件、接线盒和导电盒，接线盒固定安装于环形抱箍件，接线盒与外部电源电连接，导电盒与接线盒电连接，导电盒用于对碳刷式导电滑环组件供电。


7.根据权利要求6所述的一种附件式旋转超声振动刀柄，其特征在于，所述接线盒包括第一盒体、安...

【专利技术属性】
技术研发人员：于保华，王根，段宇辉，尤磊，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33