专利名称：一种超声椭圆振动铣削刀柄装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于难加工材料精密加工领域的铣削加工装置，尤其是指一种能产生高频超声椭圆振动的铣削刀柄装置。属于超声振动加工装置技术领域。
背景技术：
随着航空、航天等国防产业的飞速发展，对飞机、导弹等产品高速、高机动性能要求越来越高。在保证强度和刚度的条件下，轻量化、结构整体化是航空航天产品发展的必然趋势。采用复合材料、钛合金等材料的薄壁结构件具有高强度、重量轻、高承载等特点，在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。在薄壁零件的加工过程中，由于其刚性较低，在切削力、切削热、切削振动等因素综合作用下，使其极易产生加工变形，难以保证零件的加工精度和表面质量，甚至造成整个构件的报废，严重影响整体加工效率。因此高精度、高效率加工已成为航空航天薄壁件加工制造的紧迫需求。超声振动切削间断、往复的断续切削特点使其具有显著降低切削力、抑制振颤、降低残余应力、提高加工精度和表面质量、延长刀具寿命等作用。为解决薄壁件的高精度、高效率加工问题，超声振动逐渐被引入到铣削加工中，国内外均取得了一些成果。但至今尚没有一种能够与传统加工中心实现柔性对接的超声振动铣削刀柄，这限制了超声振动铣削技术在精密铣削领域的应用。
发明内容
1、目的:本发明的目的是提供一种超声椭圆振动铣削刀柄装置，它能够与传统加工中心实现柔性对接，实现高频超声椭圆振动铣削，解决钛合金、复合材料高精度、高效率铣削难题。2、技术方案:本发明一种超声椭圆振动铣削刀柄装置，它包括有供电盒、超声椭圆振动铣削刀柄、密封环和保护罩。它们之间的位置连接关系是:供电盒的上端面通过螺栓与机床的刀盘下平面连接，超声椭圆振动铣削刀柄的小圆轴与刀盘通过弹簧夹头连接，其大圆柱的上端面与供电盒的下端面螺接，其大圆柱的下端面放置密封环，并通过螺栓与保护罩连接。所述供电盒包括电源插座、左半壳体和右半壳体。其之间的关系是:电源插座放置在左半壳体的梯形通孔225内，左半壳体和右半壳体通过连接件连成整体。该电源插座是按需选购的市购件；该左半壳体为半环状件，其上设置有A上端面227和A下端面228，中部设置有梯形通孔225用于放置电源插座21，其设置的C通孔223用于与右半壳体螺接；A上端面227上设置的B通孔222用于与机床刀盘的下平面连接。该右半壳体的形状与左半壳体类似，其上设置有B上端面234和B下端面236，B对接面233上设置的F通孔232用于与左半壳体螺接，B上端面234上设置的E通孔231用于与机床刀盘的下平面连接。该供电盒主要是为了实现插拔供电和连接机床主轴外壳与导电滑环定子实现回转供电的作用。在本发明中供电盒设计成左右两个半壳体，这是为了在安装超声椭圆振动铣削刀柄时，方便使用扳手拧紧刀盘上的锁紧螺母。
所述超声椭圆振动铣削刀柄包括高精度加长杆、导电滑环、后盖板、压电陶瓷堆、前盖板、绝缘管、紧固螺钉和直柄立铣刀。其之间的关系是:高精度加长杆连接机床主轴和直柄立铣刀实现旋转运动的传递。而前盖板通过热装固定在高精度加长杆上，用螺钉将后盖板、压电陶瓷堆、绝缘管等与前盖板固定，从而实现了超声振动发生部分与直柄立铣刀同步旋转。导电滑环转子通过螺钉固定在后盖板上，随同后盖板一起旋转，而导电滑环定子固定通过供电盒间接固定在机床主轴外壳上，不旋转，从而实现了回转供电。该高精度加长杆包括夹持柄、高精度弹簧夹头和紧固螺帽，高精度弹簧夹头的外锥面与夹持柄一端的内锥面配接，并通过紧固螺帽的内螺纹与夹持柄的外螺纹螺接。该夹持柄是一圆管件，其一端加工有外螺纹和内锥面；该高精度弹簧夹头是喇叭口状件，其外锥面开有豁口便于夹紧直柄立铣刀并与夹持柄的内锥面接触；该紧固螺帽是套筒状件，其内设有内螺纹与夹持柄的外螺纹连接。该导电滑环包括定字和转子，转子置于定字内部，该转子是圆盘状件，其上设置有H通孔3221和A中心通孔3223 ;该定字是环状件，其上设置有C螺纹孔3211。该后盖板是圆柱状件，其上设置有B中心通孔333、阶梯通孔331、D螺纹孔332和台肩335 ;该压电陶瓷堆由激励源A、激励源B和中心绝缘管组成，后者放在前二者中心通孔之间，三者之间紧密接触；该激励源A和激励源B为圆形陶瓷件，其上设置有C中心通孔341和I通孔342;该中心绝缘管是塑料圆管；激励源A和激励源B加上相应电源激励后，会产生两路方向相互垂直的弯曲高频振动，最终在铣刀切削刃处合成成椭圆振动，实现超声椭圆振动铣削。达到降低切削力和切削温度，提高加工精度和表面质量，延长刀具的寿命的目的。该前盖板是台阶轴状件，其上设置有D中心通孔352、E螺纹孔351和板手平面354。该绝缘管是4个塑料圆管，置于压电陶瓷堆中的I通孔342内；该紧固螺钉是按需选购的沉头螺钉；该直柄立铣刀是按需选购的圆杆式立铣刀。通过高精度弹簧夹头连接直柄立铣刀，不仅换刀方便而且可利用现有刀具，通过更换夹头可实现多直径尺寸、不同铣刀类型的刀具更换，装夹、拆卸方便。所述密封环是环状件，其上设置有J通孔41。所述保护罩是带法兰的喇叭口状件，法兰上设置有K通孔51，喇叭口端设置有E中心通孔52。在本发明中，通过密封环和保护罩对压电陶瓷堆进行保护，通过螺钉将保护罩和密封环固定在导电滑环的定子上，从而间接固定在机床主轴外壳上，在铣削时固定不动。3、优点及功效:本发明一种超声椭圆振动铣削刀柄装置有以下优点:( I)通过激励源A和激励源B产生两个方向相互垂直的弯曲振动合成成超声椭圆振动进行铣削加工。(2)铣削刀柄通过高精度中心杆连接加工中心主轴和直柄立铣刀，有效避免因激励源、变幅杆、振动体的装配产生的回转误差。有利于主轴转矩的有效传递。(3)超声椭圆振动铣削刀柄通过高精度弹簧夹头连接直柄立铣刀，不仅换刀方便而且可利用现有刀具，通过更换夹头可实现多直径尺寸、不同铣刀类型的刀具更换，装夹、拆卸方便。(4)在后盖板的外缘上安装滑环，利用供电盒使滑环的外圈与机床刀盘固连，实现了换能器的回转供电。(5)本发明通过实现普通铣削的超声振动加工，可以有效降低切削力和切削温度，提高加工精度和表面质量，延长刀具的寿命。
图1是本发明超声椭圆振动铣削刀柄装置整体结构图。图2是本发明超声椭圆振动铣削刀柄装置分解图。图3是本发明供电盒分解图。图3A是本发明供电盒左半壳体结构图。图3B是本发明供电盒右半壳体结构图。图4是本发明超声椭圆振动铣削刀柄主体分解图。图4A是本发高精度加长杆分解图。
权利要求
1.一种超声椭圆振动铣削刀柄装置，其特征在于:它包括有供电盒、超声椭圆振动铣削刀柄、密封环和保护罩；供电盒的上端面通过螺栓与机床的刀盘下平面连接，超声椭圆振动铣削刀柄的小圆轴与刀盘通过弹簧夹头连接，其大圆柱的上端面与供电盒的下端面螺接，其大圆柱的下端面放置密封环，并通过螺栓与保护罩连接； 所述供电盒包括电源插座、左半壳体和右半壳体，电源插座放置在左半壳体的梯形通孔(225)内，左半壳体和右半壳体通过连接件连成整体；该电源插座是按需选购的市购件；该左半壳体为半环状件，其上设置有A上端面(227)和A下端面(228)，中部设置有梯形通孔(225)用于放置电源插座(21)，其设置的C通孔(223)用于与右半壳体螺接；A上端面(227)上设置的B通孔(222)用于与机床刀盘的下平面连接；该右半壳体的形状与左半壳体类似，其上设置有B上端面(234)和B下端面(236)，B对接面(233)上设置的F通孔(232)用于与左半壳体螺接，B上端面(234)上设置的E通孔(231)用于与机床刀盘的下平面连接；供电盒设计成左右两个半壳体，是为了在安装超声椭圆振动铣削刀柄时，方便使用扳手拧紧刀盘上的锁紧螺母； 所述超声椭圆振动铣削刀柄包括高精度加长杆、导电滑环、后盖板、压电陶瓷堆、前盖板、绝缘管、紧固螺钉和直柄立铣刀；高精度加长杆连接机床主轴和直柄立铣刀实现旋转运动的传递，而前盖板通过热装固定在高精度加长杆上，用螺钉将后盖板、压电陶瓷堆、绝缘管与前盖板固定，从而实现超声振动发生部分与直柄立铣刀同步旋转；导电滑环转子通过螺钉固定在后盖板上，随同后盖板一起旋转，而导电滑环定子固定通过供电盒间接固定在机床主轴外壳上，不旋转，从而实现了回转供电；该高精度加长杆包括夹持柄、高精度弹簧夹头和紧固螺帽，高精度弹簧夹头的外锥面与夹持柄一端的内锥面配接，并通过紧固螺帽的内螺纹与夹持柄的外螺纹螺接；该夹持柄是一圆管件，其一端加工有外螺纹和内锥面；该高精度弹簧夹头是喇叭口状件，其外锥面开有豁口便于夹紧直柄立铣刀并与夹持柄的内锥面接触；该紧固螺帽是套筒状件，其内设有内螺纹与夹持柄的外螺纹连接；该导电滑环包括定字和转子，转子置于定字内部，该转子是圆盘状件，其上设置有H通孔(3221)和A中心通孔(3223);该定字是环状件，其上设置有C螺纹孔(3211);该后盖板是圆柱状件，其上设置有B中心通孔(333)、阶梯通孔(331)、D螺纹孔(332)和台肩(335);该压电陶瓷堆由激励源A、激励源B和中心绝缘管组成，后者放在前二者中心通孔之间，三者之间紧密接触；该激励源A和激励源B为圆形陶瓷件，其上设置有C中心通孔(341)和I通孔(342);该中心绝缘管是塑料圆管；激励源A和激励源B加上相应电源激励后，会产生两路方向相互垂直的弯曲高频振动，最终在铣刀切削刃处合成成椭圆振动，实现超声椭圆振动铣削；该前盖板是台阶轴状件，其上设置有D中心通孔(352)、E螺纹孔(351)和板手平面(354);该绝缘管是4个塑料圆管，置于压电陶瓷堆中的I通孔(342)内；该紧固螺钉是按需选购的沉头螺钉；该直柄立铣刀是按需选购的圆杆式立铣刀； 所述密封环是环状件，其上设置有J通孔(41)； 所述保护罩是带法兰的喇叭口状件，法兰上设置有K通孔(51)，喇叭口端设置有E中心通孔(52)。
全文摘要
一种超声椭圆振动铣削刀柄装置，它包括有供电盒、超声椭圆振动铣削刀柄、密封环和保护罩；供电盒的上端面通过螺栓与机床的刀盘下平面连接，超声椭圆振动铣削刀柄的小圆轴与刀盘通过弹簧夹头连接，其大圆柱的上端面与供电盒的下端面螺接，其大圆柱的下端面放置密封环，并通过螺栓与保护罩连接；本发明能够与传统加工中心实现柔性对接，实现高频超声椭圆振动铣削，解决钛合金、复合材料高精度、高效率铣削难题。它在超声振动加工装置技术领域里具有广阔地应用前景。
文档编号B06B1/06GK103157593SQ201310076528
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者张德远, 代建队, 卢慧敏, 梁海彤 申请人:北京航空航天大学