变频超声刀具刃口钝化装置的制作方法

本实用新型涉及刀具刃口钝化领域，特别是一种变频超声刀具刃口钝化装置。

背景技术：

刀具切削工作主要由刀具的切削刃来完成，但由于刀具的切削刃存在诸多缺点，例如散热条件差、强度较低等结构特点。刀具经过加工生产或者刃磨后，在主切削刃上还是会存在一些不规则的缺陷或者翻边，因此刀具在实际加工的过程中耐用度受到制约，使用寿命急剧降低。

在切削加工中，提高切削效率、延长刀具寿命和降低生产制造成本，一直是金属切削研制的主要课题。刀具刃口钝化技术在延长刀具使用寿命方面效果显著，受到越来越多的重视。刃口钝化可以去除刀具刃口上的不足，增加刃口稳定性，使前、后刀面分担刃口部分机械载荷，减少刀具非正常失效，是解决加工刀具早期失效问题的重要方法。

刀具刃口钝化的主要目的是：一方面是获得需要的切削刃几何形状，另一方面是去除刃口区域的微观缺陷。目前，常用的切削刃口钝化方法有旋转尼龙刷法钝化、磁力研磨粉钝化、化学钝化、激光法钝化等。

随着时代的发展，对加工材料的精度要求逐渐提高，同时这些方法也存在加工效率不高的问题，对不同硬度的刀具无法普遍适用，存在设备通用性较差的缺点。

如图3显示了硬旋铣加工的示意图，如图4所示，硬旋铣加工方式是通过刀具安装盘60安装多把刀具70进行螺纹加工，主要原理是借助刀具安装盘围绕螺旋工件50的偏心圆形腔61与螺旋工件之间的偏心距，通过刀具相邻两次不同的轨迹进行高速切削。

在硬旋铣过程中，切削运动复杂，在刀刃中间尖部存在较大的机械冲击，刀具刃口受载，故而具有非均匀特性。然而，现有传统的均匀钝化刃口方法全局适配性差，刀具刃口局部将因受载大而出现严重破损，成为制约硬旋铣刀具寿命和加工质量提升的瓶颈。也即刀具的时变非均匀受载特性使得保证钝化刃口的全局适配性成为提升刀具性能，延长刀具使用寿命的关键，迫切需要一种钝化装置针对不同加工特点的刀具进行均匀或者非均匀钝化。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种变频超声刀具刃口钝化装置，该变频超声刀具刃口钝化装置能通过选择不同的磨料液，适应不同硬度刀具的钝化；另外，通过控制电机对刀具夹持装置进行角度变换，实现非均匀刃口钝化，且设备通用性较好。进一步，在不同的加工时间点采用不同频率加工，直接提高了加工材料表面的精度要求以及加工效率等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种变频超声刀具刃口钝化装置，包括变频超声装置、刀具夹持装置、角度旋转装置、升降装置和磨料液容器。

磨料液容器内装有磨料液，刀具夹持装置设置在磨料液容器的上方，刀具夹持装置包括电磁铁夹持器和与电磁铁夹持器电连接的交流电源，电磁铁夹持器底部设置有夹持卡口，该夹持卡口能与刀具的夹持部相插接；当交流电源接通时，电磁铁夹持器的夹持卡口具有电磁吸力，将刀具的夹持部吸附固定在电磁铁夹持器的夹持卡口中。

角度旋转装置与电磁铁夹持器相连接，电磁铁夹持器能在角度旋转装置的驱动下，实现左右设定角度的旋转。

角度旋转装置与电磁铁夹持器能在升降装置的作用下，实现高度的同步升降。

变频超声装置包括变频超声电源、同轴依次设置的变频换能器、变幅杆和工具头；其中，变频换能器与变频超声电源相连接，工具头伸入磨料液容器中的磨料液中。

升降装置为升降台。

角度旋转装置包括控制电机和刀具旋转轴；控制电机安装在升降台上，控制电机的电机轴通过联轴器与刀具旋转轴相连接，刀具旋转轴的另一端与电磁铁夹持器相连接。

刀具旋转轴的中部套装有轴承，轴承安装在轴承座上，轴承座安装在升降台上。

本实用新型具有如下有益效果：

1、采用变频超声钝化刀具刃口，提高了刀具刃口表面精度和加工效率。在不同的加工时间点采用不同频率加工，直接提高了加工材料表面的精度要求以及加工效率等问题。

2、通过选择不同的磨料液，适应不同硬度刀具的钝化。也即，对不同硬度的刀具都可以进行钝化。对不同加工特点的刀具可以进行非均匀刃口钝化，设备通用性较好。

3、通过控制电机对刀具夹持装置进行角度变换，实现非均匀刃口钝化，且设备通用性较好。

附图说明

图1显示了本实用新型一种变频超声刀具刃口钝化装置的结构示意图。

图2显示了刀具夹持装置和角度旋转装置的结构示意图。

图3显示了硬旋铣加工示意图。

图4显示了硬旋铣加工原理示意图。

图5显示了圆形刀具的结构示意图。

图6显示了条状刀具的结构示意图。

其中有：

10.变频超声装置；

11.底座；12.变频超声电源；13.变频换能器；14.变幅杆；15.工具头；

20.刀具夹持装置；21.电磁铁夹持器；211.夹持卡口；22.交流电源；

30.角度旋转装置；

31.升降台；32.电机安装座；33.控制电机；34.联轴器；35.轴承座；36.刀具旋转轴；

40.磨料液容器；41.磨料液；

50.螺旋工件；

60.刀具安装盘；61.偏心圆形腔；

70.刀具；71夹持部；72.刀刃中间尖部；73.刀刃左端部；74.刀刃后端部。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种变频超声刀具刃口钝化装置，包括变频超声装置10、刀具夹持装置20、角度旋转装置30、升降装置和磨料液容器40。

磨料液容器内装有磨料液41，磨料液类型能根据待钝化的刀具硬度进行自主选择。

刀具夹持装置设置在磨料液容器的上方，刀具夹持装置包括电磁铁夹持器21和与电磁铁夹持器电连接的交流电源22，电磁铁夹持器底部设置有夹持卡口211，该夹持卡口能与刀具的夹持部相插接。

当交流电源接通时，电磁铁夹持器的夹持卡口具有电磁吸力，将刀具的夹持部吸附固定在电磁铁夹持器的夹持卡口中。

角度旋转装置与电磁铁夹持器相连接，电磁铁夹持器能在角度旋转装置的驱动下，实现左右设定角度的旋转。

角度旋转装置与电磁铁夹持器能在升降装置的作用下，实现高度的同步升降。升降装置优选为液压或电机驱动的升降台31，为成熟现有技术。升降台优选安装在底座11上。

如图2所示，角度旋转装置优选包括控制电机33和刀具旋转轴36；控制电机优选通过电机安装座32安装在升降台上，控制电机的电机轴通过联轴器34与刀具旋转轴相连接，刀具旋转轴的另一端与电磁铁夹持器相连接。

进一步，刀具旋转轴的中部优选套装有轴承，轴承安装在轴承座35上，轴承座安装在升降台上。

变频超声装置包括变频超声电源12、同轴依次设置的变频换能器13、变幅杆14和工具头15。

上述变频换能器型号优选ski600，变幅杆型号优选为φ20，工具头型号优选h70。工具头材质优选为45钢，工具头能够传递超声频率，使辐射更加均匀。

其中，变频换能器与变频超声电源相连接，变频超声电源12和变频换能器13均优选安装在底座上，工具头伸入磨料液容器中的磨料液中，工具头优选通过橡胶密封圈固定在磨料液容器的侧壁中，防止磨料液漏出。

首先打开变频超声电源，电流传导到变频换能器，变频换能器中的压电陶瓷将输入的电功率转换成机械功率，变幅杆把机械振动的质点位移放大，并将超声能量集中在较小的面积上，通过工具头将超声传递到装有磨料液的容器中。接通交流电源，电磁铁产生吸力将刀具固定在夹持装置上，控制电机控制刀具转变角度，升降装置通过下降刀具装夹机构使刀具刃口进入磨料液进行钝化。

刀具可以为如图5所示的圆形，也可以为如图6所示的条状。其中，刀具包括夹持部71和刃口部，刀具的刃口部均包括刀刃中间尖部72、刀刃左端部73和刀刃右端部74。

一种变频超声刀具刃口非均匀钝化方法，通过旋转电磁铁夹持器，使刀刃中间尖部、刀刃左端部和刀刃右端部分别处于磨料液容器的磨料液中，进行分部位钝化；通过对刀刃中间尖部、刀刃左端部和刀刃右端部钝化时间以及钝化频率的控制，实现非均匀钝化。

每个部位在进行钝化时，变频超声装置先采用40-60khz频率进行初钝化，磨料液容器里的磨料液以巨大的冲击力连续冲击刀具刃口部表面，使刀具刃口部表面的材料破碎达到去除的目的；根据不同刀具硬度采取不同的钝化时间；然后，采用20-40khz频率对刀具刃口部进行细钝化，提高刀具刃口部表面的加工精度。

当对中间小两边大的刀具刃口进行钝化时，具体钝化方法包括如下步骤。

步骤1，初钝化。

步骤11，刀刃中间尖部初钝化：控制电机驱动刀具旋转轴及电磁铁夹持器顺时针旋转30°，刀刃中间尖部下降至磨料液中，调整变频超声装置的超声频率为40khz，超声时间为20min。

步骤12，刀刃右端部初钝化：升降装置带动电磁铁夹持器和刀具上升，电磁铁夹持器逆时针旋转60°，刀刃右端部下降至磨料液中，采用步骤11的方法，调整超声频率为60khz进行刀刃右端部的初钝化。

步骤13，刀刃左端部初钝化：升降装置带动电磁铁夹持器和刀具上升，电磁铁夹持器顺时针旋转60°，刀刃左端部下降至磨料液中，采用步骤11的方法，调整超声频率为60khz进行刀刃右端部的初钝化。

步骤2，细钝化。

步骤21，刀刃中间尖部细钝化：升降装置带动电磁铁夹持器和刀具上升，控制电机驱动刀具旋转轴及电磁铁夹持器顺时针旋转30°，刀刃中间尖部下降至磨料液中，调整变频超声装置的超声频率为20khz，超声时间为10min。

步骤22，刀刃右端部细钝化：升降装置带动电磁铁夹持器和刀具上升，电磁铁夹持器逆时针旋转60°，刀刃右端部下降至磨料液中，采用步骤21的方法，进行刀刃右端部的初钝化。

步骤23，刀刃左端部细钝化：升降装置带动电磁铁夹持器和刀具上升，电磁铁夹持器顺时针旋转60°，刀刃左端部下降至磨料液中，采用步骤21的方法，进行刀刃左端部的初钝化。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。