一种自冷却中空杆超声刀柄系统

1.本发明涉及超声加工技术领域，尤其涉及一种自冷却中空杆超声刀柄系统。


背景技术：

2.超声加工主要应用于硬脆材料的加工中，具有减小切削力、减小切削热、提高工件表面质量等优点。然而在旋转超声加工领域中，传统的旋转超声加工技术一般采用超声主轴的设计，此设计会使得整个超声加工系统笨重且很难解决旋转超声加工在加工中所需要的冷却效果。会严重影响加工效率和加工质量。另外目前的超声刀柄多采用弹簧夹头刀柄，振动传递损耗严重，限制了超声加工的应用场合。因此，现有技术需要进一步完善。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自冷却中空杆超声刀柄系统。
4.本发明的目的通过下述技术方案实现：
5.一种自冷却中空杆超声刀柄系统，该系统主要包括用于加工工件的超声振子、旋转刀柄、以及为超声振子提供电力的感应供电模块。所述旋转刀柄的一端固定在旋转驱动轴上，另一端与超声振子连接。所述超声振子嵌入在旋转刀柄的另一端上，并与旋转刀柄固定连接。所述感应供电模块的激励端固定在机架上，并与外部电源连接，感应端设置在旋转刀柄上，并与超声振子电连接。所述旋转刀柄由旋转驱动轴驱动，并带动超声振子和感应供电模块的感应端旋转。所述旋转刀柄和超声振子内还设有供冷却液流动的通道。所述通道从旋转刀柄的一端贯穿至超声振子的前端。
6.作为本发明的优选方案，所述通道在旋转刀柄内采用阶梯状结构设计，其直径至少为3毫米。
7.进一步的，所述超声振子插入旋转刀柄的另一端的腔内并通过端盖固定，主要包括后盖板、变幅杆、压电陶瓷、法兰、弹簧夹头、工具头、以及螺母。所述变幅杆的一端插入旋转刀柄内，另一端通过弹簧夹头与工具头连接。所述螺母设置在旋转刀柄的另一端，将工具头和弹簧夹头固定。所述压电陶瓷嵌入在变幅杆上，并与感应供电模块的感应端电连接。所述后盖板设置在变幅杆上，位于压电陶瓷的后方。所述法兰设置在变幅杆上，其内侧面与变幅杆固定连接，外侧面通过端盖与旋转刀柄固定连接。所述通道贯穿变幅杆和工具头。
8.优选的，所述法兰外侧面采用倾斜结构设计，其锥度为3。
9.作为本发明的优选方案，为了降低法兰旋转过程中的震动幅度，获得更好的加工效果，所述法兰的前后两侧面上均设有凹槽。
10.进一步的，所述旋转刀柄的另一端上设有凹腔，所述超声振子安装在凹腔内。所述通道沿中心轴贯穿旋转刀柄。所述变幅杆插入旋转刀柄后，位于内部的通道与旋转刀柄内的通道连通。
11.进一步的，所述感应供电模块主要包括铁氧体原边和铁氧体副边。所述铁氧体原边固定设置在机架上，并与外部电源连接。所述铁氧体副边固定设置在旋转刀柄上，并与压
电陶瓷电连接。所述铁氧体副边与铁氧体原边相对且两者之间留有间隙。
12.作为本发明的优选方案，所述旋转刀柄采用bt30规格。
13.本发明的工作过程和原理是：本发明使用中空型变幅杆贯穿整个超声振子，后端盖用螺纹将压电陶瓷压紧，可以使冷却液从中间预留的通道经过，带走加工过程中所产生的热量。另外，本发明还采用bt30超声刀柄将超声振子通过锥度配合连接，可使得超声振子便捷的安装和拆卸。超声振子采用感应供电方式，铁氧体原边固定在机架上，与铁氧体副边留有空气间隙，铁氧体副边出线与压电陶瓷连接供电，铁氧体副边跟整个刀柄和超声振子一起做旋转运动。超声振子采用中空拉丝杆的设计，可以将冷却液通过中间的通孔输送到工具头，不仅可以使超声振子中间压电陶瓷在长时间的振动过程中得到冷却，提高其振动的稳定性，还可以使工具头在工作的时候充分冷却，达到更好的加工效果。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
14.与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
15.(1)本发明所提供的自冷却中空杆超声刀柄系统的超声振子采用中空设计，可以让冷却液通过中间预留的孔再流向工具头，这样不仅可以使整个超声振子得到充分冷却，使超声振子的加工过程更加稳定，还能带走工具头在加工过程中产生的大量的热，对整个加工效果具有非常重要的作用。
16.(2)本发明所提供的自冷却中空杆超声刀柄系统采用旋转超声刀柄与超声振子相连接，省去了用旋转主轴等一系列复杂而笨重的部件，采用bt30刀柄的设计，可以方便的将整个旋转超声加工振子的安装在机床主轴上，拆装和安装都有极大的便利性，振子右端的弹簧夹头设计可以便捷的更换工具头。
17.(3)本发明所提供的自冷却中空杆超声刀柄系统利用锥度配合，直接将超声振子的法兰与刀柄主体配合，节省很多繁琐结构，便于装配和拆卸。
18.(4)本发明所提供的自冷却中空杆超声刀柄系统的超声振子法兰采用双挖槽设计，经仿真分析和工程实践结果，可大幅度降低法兰盘的振动。进一步保证振子工作时的稳定性。
附图说明
19.图1是本发明所提供的自冷却中空杆超声刀柄系统的主视图。
20.图2是本发明所提供的自冷却中空杆超声刀柄系统的剖视图。
21.图3是本发明所提供的自冷却中空杆超声刀柄系统的立体图。
22.图4是本发明所提供的超声振子的主视图。
23.图5是本发明所提供的超声振子的剖视图。
24.图6是本发明所提供的超声振子的立体图。
25.上述附图中的标号说明：
[0026]1‑
超声振子，2
‑
旋转刀柄，3
‑
感应供电模块，4
‑
铁氧体原边，5
‑
铁氧体副边，6
‑
通道，7
‑
后盖板，8
‑
变幅杆，9
‑
压电陶瓷，10
‑
法兰，11
‑
弹簧夹头，12
‑
工具头，13
‑
螺母，14
‑
凹槽。
具体实施方式
[0027]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
[0028]
实施例1：
[0029]
如图1至图6所示，本实施例公开了一种自冷却中空杆超声刀柄系统，该系统主要包括用于加工工件的超声振子1、旋转刀柄2、以及为超声振子1提供电力的感应供电模块3。所述旋转刀柄2的一端固定在旋转驱动轴上，另一端与超声振子1连接。所述超声振子1嵌入在旋转刀柄2的另一端上，并与旋转刀柄2固定连接。所述感应供电模块3的激励端固定在机架上，并与外部电源连接，感应端设置在旋转刀柄2上，并与超声振子1电连接。所述旋转刀柄2由旋转驱动轴驱动，并带动超声振子1和感应供电模块3的感应端旋转。所述旋转刀柄2和超声振子1内还设有供冷却液流动的通道6。所述通道6从旋转刀柄2的一端贯穿至超声振子1的前端。
[0030]
作为本发明的优选方案，所述通道6在旋转刀柄2内采用阶梯状结构设计，其直径至少为3毫米。
[0031]
进一步的，所述超声振子1插入旋转刀柄2的另一端的腔内并通过端盖固定，主要包括后盖板7、变幅杆8、压电陶瓷9、法兰10、弹簧夹头11、工具头12、以及螺母13。所述变幅杆8的一端插入旋转刀柄2内，另一端通过弹簧夹头11与工具头12连接。所述螺母13设置在旋转刀柄2的另一端，将工具头12和弹簧夹头11固定。所述压电陶瓷9嵌入在变幅杆8上，并与感应供电模块3的感应端电连接。所述后盖板7设置在变幅杆8上，位于压电陶瓷9的后方。所述法兰10设置在变幅杆8上，其内侧面与变幅杆8固定连接，外侧面通过端盖与旋转刀柄2固定连接。所述通道6贯穿变幅杆8和工具头12。
[0032]
优选的，所述法兰10外侧面采用倾斜结构设计，其锥度为3。
[0033]
作为本发明的优选方案，为了降低法兰10旋转过程中的震动幅度，获得更好的加工效果，所述法兰10的前后两侧面上均设有凹槽14。
[0034]
进一步的，所述旋转刀柄2的另一端上设有凹腔，所述超声振子1安装在凹腔内。所述通道6沿中心轴贯穿旋转刀柄2。所述变幅杆8插入旋转刀柄2后，位于内部的通道6与旋转刀柄2内的通道6连通。
[0035]
进一步的，所述感应供电模块3主要包括铁氧体原边4和铁氧体副边5。所述铁氧体原边4固定设置在机架上，并与外部电源连接。所述铁氧体副边5固定设置在旋转刀柄2上，并与压电陶瓷9电连接。所述铁氧体副边5与铁氧体原边4相对且两者之间留有间隙。
[0036]
作为本发明的优选方案，所述旋转刀柄2采用bt30规格。
[0037]
本发明的工作过程和原理是：本发明使用中空型变幅杆8贯穿整个超声振子1，后端盖用螺纹将压电陶瓷9压紧，可以使冷却液从中间预留的通道6经过，带走加工过程中所产生的热量。另外，本发明还采用bt30超声刀柄将超声振子1通过锥度配合连接，可使得超声振子1便捷的安装和拆卸。超声振子1采用感应供电方式，铁氧体原边4固定在机架上，与铁氧体副边5留有空气间隙，铁氧体副边5出线与压电陶瓷9连接供电，铁氧体副边5跟整个刀柄和超声振子1一起做旋转运动。超声振子1采用中空拉丝杆的设计，可以将冷却液通过中间的通孔输送到工具头12，不仅可以使超声振子1中间压电陶瓷9在长时间的振动过程中得到冷却，提高其振动的稳定性，还可以使工具头12在工作的时候充分冷却，达到更好的加
工效果。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
[0038]
实施例2：
[0039]
本实施例公开了一种旋转超声刀柄及中空超声振子的中空超声振子1如图2所示，由后端盖，压电陶瓷9，法兰10，弹簧夹头11和工具头12组成，其中间采用直径为3mm的通孔设计，法兰10上沿部分采用锥度为3的设计。
[0040]
如图5所示，法兰10盘中间采用挖槽的设计，经实验所知，会使法兰10的振动大幅减弱。从而避免了法兰10盘的强烈震动影响整个加工效果。
[0041]
利用锥度定位，将超声振子1的法兰10的锥度与预先设计好的刀柄管里的锥度契合，使得超声振子1固定在刀柄管内。
[0042]
超声刀柄采用bt30的规格，该bt30的刀柄的对称性结构使它比其他刀柄的高速稳定性更好，还可以便捷的将振子和机床主轴连接在一起。
[0043]
将铁氧体的原边固定在机架上保持不动，用电源给铁氧体原边4供电，然后原边通过感应供电的方式给铁氧体副边5供电，副边固定在超声刀柄上，随整个超声刀柄一起做旋转运动，副边通过出电线的方式给压电陶瓷9供电，使得振子完成旋转振动。
[0044]
超声振子1中间采用中空的设计，超声振子1采用中空拉丝杆的设计，可以将冷却液通过中间的通孔输送到工具头12，不仅可以使超声振子1中间压电陶瓷9在长时间的振动过程中得到冷却，提高其振动的稳定性，还可以使工具头12在工作的时候充分冷却，达到更好的加工效果。
[0045]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。