可自动换刀的ISO超声波刀柄结构的制作方法

本发明涉及超声刀柄技术领域，特别涉及一种可自动换刀的ISO超声波刀柄结构。

背景技术：

当前一些特殊材料应用越来越广泛，比如玻璃、蓝宝石、碳化硅、复合材料等。这些材料由于机械特性很硬脆，导致采用传统的加工工艺无法满足这些材料的加工精度的要求。当前行业采用了超声能量辅助的方式，结合现有机床的高速旋转，用于这类硬脆材料的可加工性、加工精度、以及提高加工刀具的寿命。在超声辅助加工中，超声能是加工工艺最为关键的参数，其起到激发材料原子能，降低切削力等作用。换能器(Transducer)是超声加工中提供超声能量的核心执行机构，其工作原理为利用压电逆效应将频率电信号转换为高频超声振动，并将超声能传输到加工材料。

然而现有的换能器和ISO25超声刀柄均为采用分体式结构设计，进而增加了超声电主轴结构的复杂性，使用范围窄，而且一般都是采用滑环方式来传递超声能量，这种接触式结构会存在：易磨损和主轴转速低等问题等一系列问题使得超声复合加工很难推广于实际生产。另外，其结构也不利于自动换刀，易出现刀柄、卡刀手、刀库等机械结构的干涉。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，利于自动换刀，采用无线电能传递方式，工作稳定性好,使用寿命长的可自动换刀的ISO超声波刀柄结构。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种可自动换刀的ISO超声波刀柄结构，其包括ISO刀柄、保持架、无线电能发射端、无线电能接收端、超声换能器和压板，所述保持架包括套接筒和将该套接筒的下端开口封闭的圆盘，所述套接筒套设在电主轴上，所述圆盘的圆心位置设有与所述ISO刀柄相适配的装配开口，所述ISO刀柄的一端穿过装配开口伸入电主轴内，并与拉钉相连接，另一端设有用来安装所述超声换能器的安装腔，所述超声换能器安装在该安装腔上，并通过压板进行固定，ISO刀柄靠近超声换能器的一端外周面位置上设有卡刀位，即卡刀位位于无线电能接收端装置的下方位置，该卡刀位用于机床刀库的自动换刀功能；所述无线电能接收端对应卡刀位的上方位置套设在超声换能器上，所述无线电能发射端对应无线电能接收端的位置安装在所述圆盘上。

作为本发明的进一步改进，所述ISO刀柄的外形呈锥形筒状，卡刀位的横截面外形轮廓呈V字形，该卡刀位的底部设有横截面外形轮廓呈方形的底部，对应卡刀位的两侧位置于ISO刀柄的外周面设有限位凸缘。

作为本发明的进一步改进，所述超声换能器包括工具头、压电陶瓷组件和变幅杆，所述工具头通过夹头设置在所述变幅杆的首端，该变幅杆的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，所述压电陶瓷组件通过连接部件设置在所述变幅杆的尾部；所述安装联接部朝向所述工具头的一端面内侧位置设有下凹槽，另一端面外侧位置设有上凹槽。

作为本发明的进一步改进，所述安装腔的开口处外扩形成与所述安装联接部相适配的凹位，所述安装联接部位于该凹位内，并通过所述压板进行固定。较佳的，凹位与压板之间采用锥度配合或直角度配合。并且可以采用螺纹锁定、过盈配合、焊接等配合方式使压板、换能器、安装腔等联接在一起。

作为本发明的进一步改进，所述ISO刀柄上至少设有一与所述安装腔相连通的径向线孔。

作为本发明的进一步改进，所述无线电能发射端包括原边保护套及设置在该原边保护套内的原边磁芯，该原边磁芯上卷绕有感应线圈。

作为本发明的进一步改进，所述无线电能接收端包括副边保护套及设置在该副边保护套内的副边磁芯，该副边磁芯上卷绕有感应线圈。

作为本发明的进一步改进，所述套接筒上呈圆心对称设有多个径向锁紧螺丝孔，用于通过保持架将无线电能发射端固定在电主轴上。

作为本发明的进一步改进，所述套接筒的外表面上间隔设有两环形凹槽。

作为本发明的进一步改进，所述ISO刀柄的型号为ISO25、ISO20或ISO30等其它ISO系列类似的刀柄结构。

本发明的有益效果为：本发明的结构设计巧妙，采用无线电能传递方式，以电磁感应的方式传递超声能量，无需接触，有效解决传统滑环方式所带来的磨损及主轴转速低等问题等一系列问题，有效提升超声电主轴的工作稳定性，具有高稳定、高转速、高精度、长寿命等优点；无线电能接收端通过保持架悬挂在电主轴上，方便拆装，并使得ISO刀柄与主轴相对独立，给日常使用与更换带来方便；卡刀位位于无线电能接收端的下方位置，给自动换刀带来可能性，实现刀库的自动更换与放置刀柄，有效避免出现刀柄、卡刀手、刀库等机械结构之间的相互干涉；另外采用压板将超声换能器固定在安装腔上，易于安装和实现，而且整体结构紧凑，体积小，利于广泛推广使用。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的剖视结构示意图。

具体实施方式

实施例：见图1和图2，本发明提供的一种可自动换刀的ISO超声波刀柄结构，其包括ISO刀柄1、保持架2、无线电能发射端3、无线电能接收端4、超声换能器5和压板6，所述保持架2包括套接筒21和将该套接筒21的下端开口封闭的圆盘22，所述套接筒21套设在电主轴7上，所述圆盘22的圆心位置设有与所述ISO刀柄1相适配的装配开口，所述ISO刀柄1的一端穿过装配开口伸入电主轴7内，并与拉钉8相连接，另一端设有用来安装所述超声换能器5的安装腔，所述超声换能器5安装在该安装腔上，并通过压板6进行固定，ISO刀柄1靠近超声换能器5的一端外周面位置上设有卡刀位11，所述无线电能接收端4对应卡刀位11的上方位置套设在超声换能器5上，所述无线电能发射端3对应无线电能接收端4的位置安装在所述圆盘22上。所述ISO刀柄1的外形呈锥形筒状，卡刀位11的横截面外形轮廓呈V字形，该卡刀位11的底部设有横截面外形轮廓呈方形的底部，对应卡刀位11的两侧位置于ISO刀柄的外周面设有限位凸缘12。

具体的，所述超声换能器5包括工具头51、压电陶瓷组件52和变幅杆53，所述工具头51通过夹头54设置在所述变幅杆53的首端，该变幅杆53的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，所述压电陶瓷组件52通过连接部件设置在所述变幅杆53的尾部。所述安装联接部朝向所述工具头的一端面内侧位置设有下凹槽，另一端面外侧位置设有上凹槽。即整体横截面轮廓呈Z字形，能较好地与ISO刀柄1相结合，且结合效果好，有效地超声能量的向外传递，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证超声电主轴的旋转性能，进而保证加工效果，具有良好的工作性能。具体的，所述连接部件包括双头螺栓和盖体，该双头螺栓的一端贯穿所述压电陶瓷组件52，并旋入所述变幅杆53的尾端面，另一端拧入盖体并锁紧。结构设计合理，安装使用方便。较佳的，所述压电陶瓷组件52包括多块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。多块压电陶瓷采用并联方式连接，在保证具有小体积的基础上，有效降低阻抗，耗能低。还可以使所述变幅杆53的尾部端面的中心位置凸起形成一与所述压电陶瓷组件52的外形轮廓相适配的安装凸台。不仅装配效果好，且保证超声能量的传递路径，提升超声能量传递效率，具有良好的工作性能。

为方便快速准确定位安装，使所述安装腔的开口处外扩形成与所述安装联接部相适配的凹位，所述安装联接部位于该凹位内，并通过所述压板6进行固定。压板6可以采用螺纹锁定、过盈配合、焊接等配合方式固定在安装腔上。

在所述ISO刀柄1上至少设有一与所述安装腔相连通的径向线孔。本实施例中，所述径向线孔的数量为两个，对称设置在ISO刀柄1上，用于超声换能器5驱动电信号的导线连接，给安装带来方便，其它实施例中，径向线孔的数量也可以为一个

具体的，所述无线电能发射端3包括原边保护套及设置在该原边保护套内的原边磁芯，该原边磁芯上卷绕有感应线圈。所述无线电能接收端4包括副边保护套及设置在该副边保护套内的副边磁芯，该副边磁芯上卷绕有感应线圈。所述原边保护套的中心位置设有让ISO刀柄1穿过的通孔。工作时，该超声波发生器产生高频超声能量并加载到无线电能发射端3，该无线电能发射端3以电磁感应的方式，将超声能量传递到无线电能接收端4，并由该无线电能接收端4加载到超声换能器5上，进而达到无线传输电能的目的，无需接触，有效解决传统滑环方式所带来的磨损及主轴转速低等问题等一系列问题，进而提升超声电主轴的工作稳定性，具有高转速、寿命长等优点。

较佳的，在所述套接筒21上呈圆心对称设有多个径向锁紧螺丝孔211，给悬挂使用带来方便。还可以在所述套接筒21的外表面上间隔设有两环形凹槽212，在减轻自重的同时，减少超声能量的径向扩散，更能保证超声能量的传递路径，有效提升超声能量传递效率。

ISO 7388/1型是国际标准，简称IV、IT或ISO，ISO刀柄可以安装在DIN 69871 型、IS0 7388/1和ANSI/ASME主轴锥孔的机床上，通用性好。本实施例中，所述ISO刀柄1的型号为ISO25，体积小，重量轻，转速高，利于自动换刀。本发明可自动换刀的ISO超声波刀柄结构结构设计巧妙，采用无线电能传递方式，以电磁感应的方式传递超声能量，无需接触，有效解决传统滑环方式所带来的磨损及主轴转速低等问题等一系列问题，有效提升超声电主轴的工作稳定性，具有高稳定、高转速、高精度、长寿命等优点；无线电能接收端4通过保持架2悬挂在电主轴上，方便拆装，并使得ISO刀柄与主轴相对独立，给日常使用与更换带来方便；卡刀位11位于无线电能接收端4的下方位置，给自动换刀带来可能性，实现刀库的自动更换与放置刀柄，有效避免出现刀柄、卡刀手、刀库等机械结构之间的相互干涉，本实施例中，所述ISO刀柄的型号为ISO25刀柄。其它实施例中，该ISO刀柄也可以为ISO刀柄系列的其它型号刀柄，如ISO20或ISO30等。具体的说，本发明可自动换刀的ISO超声波刀柄结构具有以下优点：

（1）本发明可自动换刀的ISO超声波刀柄结构采用无线电能传递方式，以电磁感应的方式传递超声能量，无需接触，有效解决传统滑环方式所带来的磨损及主轴转速低等问题等一系列问题，有效提升超声电主轴的工作稳定性，具有高稳定、高转速、高精度、长寿命等优点；

（2）本发明可自动换刀的ISO超声波刀柄结构采用ISO刀柄规格，是目前最广泛也是最普遍应用的加工刀柄形式之一，可应用金属、塑料、石墨、碳纤维等材料的加工，适用范围广；

（3）本发明可自动换刀的ISO超声波刀柄结构的保持架2悬挂在电主轴上，方便拆装，并使得ISO刀柄与主轴相对独立，给日常使用与更换带来方便；

（4）卡刀位11位于无线电能接收端的下方位置，用于自动换刀，实现刀库的自动更换与放置刀柄，有效避免出现刀柄、卡刀手、刀库等机械结构之间的相互干涉；

（5）本发明可自动换刀的ISO超声波刀柄结构采用压板将超声换能器固定在安装腔上，如热装、或焊接等方式进行固定，易于安装和实现。

（6）本发明可自动换刀的ISO超声波刀柄结构区别于较大体积传统刀柄，体积更小，重量更轻，并配合有动平衡环，稳定性更高，转速更高，加工精度更高，使用寿命更长，且利于自动换刀等特点。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似的其它超声刀柄，均在本发明保护范围内。