一种加工中心可换刀双换能器式超声光整装置的制作方法

本实用新型属于特种机械加工技术领域，涉及一种加工中心可换刀双换能器式超声光整装置。

背景技术：

加工中心(英文缩写为CNC全称为Computerized Numerical Control)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；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双换能器式超声光整装置，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，获得更高的超声能量。

本实用新型的技术方案是：一种加工中心可换刀双换能器式超声光整装置，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伸缩机构，内套内部封装有超声换能器，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上与传能接收器相对的位置；在外套的下端还固定连接有环形的第二传能接收器，在第二传能接收器的内部圆柱空腔设置有第二超声换能器，相应的在安装支架的上部与第二传能接收器相对的位置上设置有第二发射器，发射器和第二发射器通过电缆分别与超声波发生器电连接，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，第二传能接收器通过无线的方式接收第二发射器发出的超声频震荡信号；第二超声换能器的上端凸起并与超声换能器的下端接触接收超声换能器发出的高频机械冲击，第二超声换能器的下端与变幅杆的上端固定连接，变幅杆的下端固定连接有工具头。

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。

所述传能接收器与发射器之间以磁共振方式无线传能，振动频率18-30KHz；所述第二传能接收器与第二发射器之间以磁共振方式无线传能，振动频率30-100KHz。

本实用新型的优点是：

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)由于采用双换能器，可使工具获得更大的冲击力和超声能量；

3)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；

4)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是本实用新型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，3-超声换能器，4-外套，5-内套，6-第二超声换能器，7-变幅杆，8-工具头，9-第二传能接收器，10-第二发射器，11-传能接收器；12-发射器，13-安装支架，14-超声波发生器，15-电缆。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型加工中心可换刀式油雾气浮式超声光整装置，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13、安装在安装支架13上的发射器12、第二发射器10和超声波发生器14，超声波发生器14通过电缆15分别与发射器12和第二发射器连接，电缆15沿着安装支架13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。在内套5内部封装有超声换能器3；在外套4的下部外周固定有传能接收器11，传能接收器11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；在外套4的下端还固定连接有环形的第二传能接收器9，在第二传能接收器9的内部圆柱空腔设置有第二超声换能器6，第二超声换能器6的上端凸起并与超声换能器3的下端接触接收超声换能器3发出的高频机械冲击，第二超声换能器6的下端与变幅杆7固定连接，变幅杆7的下端固定连接有工具头8；相应的在安装支架13上与第二传能接收器9相对的位置上设置有第二发射器10，传能接收器11通过无线的方式接收发射器12发出的超声频震荡信号，第二传能接收器9通过无线的方式接收第二发射器10发出的超声频震荡信号。

弹性元件2可以为弹簧、气缸、胶垫等。

变幅杆7的上端与第二超声换能器6的下端通过焊接或者铆接在一起，变幅杆7的下端通过螺纹连接方式或用夹头连接有工具头8。

发射器12和第二发射器10分别是一组无线发射线圈，其电输入端分别与超声波发生器14的电输出端通过电缆15电连接，超声波发生器14产生的超声频电震荡信号通过电缆15传递到发射器12和第二发射器10发射；传能接收器11和第二传能接收器9是由匹配电容和匹配电感构成的无线接收电路，传能接收器11通过电磁共振的方式来接收发射器12发射的电磁波，第二传能接收器9通过电磁共振的方式来接收第二发射器10发射的电磁波，传能接收器11把接收到的超声频电震荡信号传输到超声波换能器3，第二传能接收器9把接收到的超声频电震荡信号传输到第二超声换能器6；超声换能器3和第二超声换能器6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11的匹配电容、匹配电感和超声换能器3接收发射器12发射的电磁波，并经阻抗转变驱动超声换能器3产生谐振。第二传能接收器9的匹配电容、匹配电感和第二超声换能器6接收第二发射器10发射的电磁波，并经阻抗转变驱动第二超声换能器6产生谐振。发射器12和传能接收器11相对布置，第二发射器10和第二传能接收器9相对布置，之间留均有间隙；传能接收器11通过无线的方式接收发射器12发出的超声频震荡信号；第二传能接收器9通过无线的方式接收第二发射器10发出的超声频震荡信号；实施例中，传能接收器11与发射器12之间以磁共振方式无线传能，振动频率18-30KHz，效果最优；第二传能接收器9通与第二发射器10之间以磁共振方式无线传能，振动频率30-100KHz，效果最优。

双换能器超声波光整的工作过程是，超声波发生器14产生18—30kHz的电磁波，通过发射器12以无线的方式发射出去，传能接收器11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；超声波发生器14产生30—100kHz的电磁波，通过第二发射器10以无线的方式发射出去，第二传能接收器9接收该电磁波，并将接收到的电磁波转换处理后传输到第二超声换能器6，驱动第二超声换能器6产生谐振；同时超声换能器3对第二超声换能器6产生高频冲击，第二超声换能器6产生更高的冲击力和超声波能量，第二超声换能器6再把该更高能量的机械振动传递到变幅杆7，工具球8与变幅杆7固定连接，所以连接在工具球8在随同主轴运动的同时也产生更高能量的高频振动，对工件表面产生更大的冲击力，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。