本发明属于特种机械加工技术领域，涉及一种加工中心可换刀式镗孔式超声光整装置。
背景技术：
加工中心(英文缩写为cnc全称为computerizednumericalcontrol)是一种从数控铣床发展而来的多功能高性能自动化的数控机床设备，加工中心相比于数控铣床最大的区别就是加工中心具有独立的刀库，能够实现自动更换加工刀具的功能，这也是加工中心的一大优势，通过在刀库上安装不同类型不同用途的加工刀具，可以一次在装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，进而实现多种加工功能；但是无论用何种金属加工刀具加工，在零件表面总会留下微细的凸凹不平的刀痕，出现交错起伏的峰谷现象；
光整加工是利用机械挤压的原理，获得光洁如镜的金属表面的一种机械无切削的塑性加工方法；压光刀作为零件表面光整加工工具，压光刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到工件表面粗糙值降低的目的；但是光整刀具使用寿命短，易损坏，综合使用成本高。同时，由于压光会在工件表面产生硬化层，此层与内部材料有明显的分层现象，容易造成表层脱落；而且由于压光刀刚性力太大，一般为1000n-3000n，所以对机床传动机构导轨损伤很大，严重损伤机床精度和寿命。
随着超声波技术的发展，超声波技术在机床行业机械加工方面的应用越来越多；在加工中心的刀具上附加超声振动，可以实现对陶瓷、玻璃等硬脆难加工材料的复合加工的已有很多应用，但在加工中心上附加超声波进行光整加工由于涉及的技术问题较多，很少有实际应用。在不改变加工中心设备的基础上，在加工中心上附加超声波装置实现对零件光整加工是实现复杂零件光整加工、提高零件的表面光度和加工精度的重要途径，也是机床加工领域创新研究的重要方向。
技术实现要素：
本专利的目的就是设计一种加工中心可换刀式镗孔式超声光整装置，在不改变加工中心机床结构的情况下，把超声波能量通过无线传能的方式传递到安装在加工中心上的工具头，实现对复杂零件的超声波镗孔光整加工。
本发明的技术方案是：一种加工中心可换刀式镗孔式超声光整装置，其特征是：刀柄的上部为与加工中心主轴孔相配的安装锥柄，刀柄的下部固定连接有环形外套，内套置于外套内通过弹性元件构成弹性上下伸缩机构，内套内部封装有超声换能器，超声换能器的下端伸出内套并与变幅杆固定连接，变幅杆的下端固定连接有夹套，在夹套上固定安装有工具头；在超声换能器下部圆柱外壳与外套下部配合的部分设置有弹性侧向伸缩机构；在外套的外周固定有传能接收器，传能接收器通过设置在外套和内套内部的导线与超声换能器电连接；安装支架固定在机床床身上，发射器固定在安装支架的端部，发射器通过电缆与超声波发生器电连接；发射器和传能接收器相对布置，传能接收器通过无线的方式接收发射器发出的超声频震荡信号；
所述弹性伸缩机构是由设置在内套的顶部和刀柄之间的弹性元件构成，所述弹性元件为弹簧，弹簧的两端分别与内套的顶部和刀柄连接；
所述弹性侧向伸缩机构是由设置在外套下部与超声换能器下部外壳之间的紧固调整件、限位件和侧方弹性件构成，在外套的孔壁的一侧内壁上设置有限位盲孔，限位件插入限位盲孔中并凸出于外套内壁，在外套孔壁的另一侧设置有限位调整孔，限位调整孔的外端设置有螺纹，侧方弹性件置于限位调整孔内，侧方弹性件的内侧与超声换能器下部壳体外圆接触，紧固调整件上设置有外螺纹，紧固调整件从外套外侧插入限位调整孔内并压持在侧方弹性件的外侧，通过螺纹调整侧方弹性件的弹力大小；
所述传能接收器通与发射器之间以磁共振方式无线传能，振动频率18-30khz；
所述工具头为镗孔用镗刀，镗刀工作时侧向力的方向与弹性侧向伸缩机构的伸缩方向相适应，所述侧方弹性件为压簧，压簧位于工件压光表面相对的一侧。
本发明的优点是：
1)超声波装置安装方便，可实现自动换刀，光整效果好、精度高，由于在加工中心上附加超声波光整，所以可以实现各种复杂零件的表面光装加工，从而代替研磨、超精模、珩磨等工序；
2)光整工具寿命长，对加工中心主轴冲击小，不损害加工中心的精度；
3)光整后表面组织改善，由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式的结构示意图；
图中：1-安装锥柄，2-弹性元件1，3-超声换能器，4-外套，5-内套，6-紧固调整件，7-侧方弹性件，8-变幅杆，9-工具头，10-夹套，11-限位件，12-传能接收器；13-发射器，14-安装支架，15-超声波发生器，16-电缆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明加工中心可换刀式镗孔式超声光整装置的具体实施方式，包括加工中心刀柄、固定连接在加工中心床身上的安装支架14、安装在安装支架14端部的发射器13和超声波发生器15，超声波发生器15通过电缆16与发射器13连接，电缆16沿着安装支架14布置；刀柄的上部为与加工中心主轴孔相配的安装锥柄1，刀柄的下部固定连接有环形外套4，环形外套4的上端与刀柄之间通过焊接或者铆接的方法固定，形成开口向下的圆柱形空腔，内套5置于外套4和刀柄形成的开口向下的圆柱形空腔内，通过弹性元件2构成弹性伸缩机构，所述弹性伸缩机构是由设置在内套5的顶部和刀柄之间的弹性元件2构成，所述弹性元件2为拉伸弹簧，拉伸弹簧的两端分别与内套5的顶部和刀柄连接；内套5相对于外套4可以上下伸缩。
所述弹性元件2为弹簧、气缸或胶垫等。
在内套5内部封装有超声换能器3，超声换能器3的下端伸出内套5并与变幅杆8固定连接，变幅杆8与超声换能器3焊接或者铆接在一起，变幅杆8的下端通过螺纹连接或者焊接的方式固定连接有光整夹套10，在光整夹套10的下端连接有工具头9；工具头9为镗孔用镗刀，由于在光整过程中受到垂直于变幅杆的侧向力，所以变幅杆8和超声换能器3就会偏离于工件光整面的一侧，为此在超声换能器3下部圆柱外壳与外套4下部配合的部分设置弹性侧向伸缩机构；所述弹性侧向伸缩机构是由设置在外套4下部与超声换能器3下部外壳之间的紧固调整件6、限位件11和侧方弹性件7构成，在外套4的孔壁的一侧内壁上设置有限位盲孔，圆柱形限位件11插入限位盲孔中并凸出于外套4的内壁，用以调整超声换能器3与外套4之间的距离，使超声换能器3的外壳外壁不与外套4的内壁接触，在外套4孔壁的另一侧设置有限位调整孔，限位调整孔的外端设置有螺纹，侧方弹性件7置于限位调整孔内，侧方弹性件7的内侧与超声换能器3下部壳体外圆接触，紧固调整件6上设置有外螺纹，紧固调整件6从外侧插入外套4的限位调整孔内并压持在侧方弹性件7的外侧，通过螺纹调整侧方弹性件7的弹力；限位调整孔和限位盲孔在外套的同一直径上。所述工具头9镗刀工作时侧向力的方向与弹性侧向伸缩机构的伸缩方向相适应，所述侧方弹性件为压簧，压簧位于工件压光表面相对的一侧，侧向切削力使压簧压缩，切削停止后，侧方弹性件7的压簧伸长，变幅杆8恢复原位。
在外套4的外周固定有传能接收器12，传能接收器12通过设置在外套4和内套5内部的导线与超声换能器3实现电连接；发射器13是一组无线发射线圈，其电输入端与超声波发生器15的电输出端通过电缆16电连接，超声波发生器15产生的超声频电震荡信号通过电缆16传递到发射器13发射；传能接收器12是由匹配电容和匹配电感构成的无线接收电路，通过电磁共振的方式来接收发射器13发射的电磁波，把接收到的超声频电震荡信号传输到超声波换能器3，超声换能器3的作用是将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动；传能接收器12的匹配电容、匹配电感和超声换能器3接收发射器13发射的电磁波，并经阻抗转变驱动超声换能器3产生谐振。发射器13和传能接收器12相对布置，之间留有间隙，传能接收器12通过无线的方式接收发射器13发出的超声频震荡信号；实施例中，传能接收器12与发射器13之间以磁共振方式无线传能，振动频率18-30khz，效果最优。
超声波光整的工作过程是，超声波发生器产生18—30khz的电磁波，通过发射器13以无线的方式发射出去，传能接收器12接收该电磁波，并将接收到的电磁波转换处理后传输到超声换能器3，驱动超声换能器3产生谐振，从而将电信号转变为每分钟20000—50000次的机械振动，超声换能器3把机械振动传递到变幅杆8，光整夹套10与变幅杆8固定连接，所以连接在光整夹套10上的工具头9在随同主轴运动的同时也产生高频振动，在工具头9上下振动的同时又有侧向的移动，从而对工件表面按程序轨迹进行光整加工。刀柄可以使用通用标准刀柄，主轴可选用bt30、jt、nt、iso等，在刀库中配置相应的刀具，就可以实现自动换刀。