本发明属于超精密切削技术领域，具体涉及一种适用于难加工材料的一体式超声纵扭复合车刀。
背景技术
超声振动加工是在普通切削、磨削、钻削等加工方法的基础上对刀具或工件施以高频振动而形成的加工技术。与普通切削、磨削、钻削加工方法相比,超声振动加工可降低加工过程中的切削力和切削热,减少刀具磨损量,提高加工表面质量,被广泛应用于硬脆性材料、高强度钢、硬质合金、钛合金、碳纤维复合材料等难加工材料。随着现代加工技术的发展和数控技术的普及，对零部件的高精度和高表面质量要求越来越高，同时轴类类零件在制造技术中占有较大的比例，而目前现有的超声车刀只能实现单独的纵振或者两个方向分别施加超声振动实现纵扭振动，前者加工后零件的精度达不到要求，后者结构复杂，且需要两套超声装置，还需要计算出合适的相位差才能在理论上保证纵纽复合振动的实现，此外，这种纵纽复合振动装置在安装上要求的精度较高，安装步骤复杂，且不易调试，总体来说实现纵纽复合振动比较困难。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种超声纵扭复合振动可以实现安装调试方便、加工效率高、加工精度高的适用于难加工材料的一体式超声纵扭复合车刀。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：适用于难加工材料的一体式超声纵扭复合车刀，包括刀体，刀体的前端连接有刀头部，刀头部为楔形结构，刀头部的前端安装有机夹刀片，刀体内安装有换能器组件，刀体的后端安装有航空插头，航空插头通过输入电缆与换能器组件连接。
刀头部的前端顶部开设有菱形的安装槽，机夹刀片为菱形结构，机夹刀片通过螺钉安装在刀头部的安装槽内。
刀头部和刀体为一体结构，刀体的底部开设有凹槽，刀体内后端开设有安装孔，安装孔通过穿孔与凹槽相连接，换能器组件安装在凹槽内，刀体的底部通过螺钉连接有用于封堵凹槽的保护盖，航空插头插设在刀体的安装孔内并通过螺钉安装在刀体的后端面，所述的输入电缆穿设在穿孔内。
换能器组件包括连接螺栓、四个压电陶瓷片和四个电极片，连接螺栓沿前后水平方向设置，刀体内的凹槽的前端开设有螺纹孔，连接螺栓的前端部螺纹连接在螺纹孔内，四个压电陶瓷片和四个电极片套设在连接螺栓上，并且压电陶瓷片与电极片交替设置，连接螺栓的前部连接有用于压紧压电陶瓷片和电极片的压紧螺母，相邻的两个电极片的正负极通过导线相连，输入电缆与最后侧的电极片连接。
连接螺栓的外部套设有热缩套管，所有的压电陶瓷片和电极片位于热缩套管内。
凹槽内设置有用于包裹换能器组件的绝缘套。
刀体上设有两排隔振孔组，两排隔振孔组左右并排设置，每排隔振孔组包括若干个前后并列设置的隔振孔，每个隔振孔的底部均敞口。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明复合车刀由机夹刀片、刀头部、刀体、换能器组件（陶瓷片、电极片和连接螺钉）以及航空插头等部件组成，刀体与刀头部为一体结构；刀片采用机夹式刀片，通过螺钉固定在刀头部；刀体内设置有凹槽，内置换能器组件，输入电缆一端连接到换能器组件上的电极片上，另一端穿过穿孔与航空插头相连，超声波电源与航空插头连接，超声波电源给一体式超声车刀提供动力，并通过相关软件仿真，得到了相应超声频率下刀尖振动位移云图和矢量图，从而获得较好的纵扭比，用于设计一体式车刀角度。
本发明将机夹刀片和超声辅助装置融合在一起，通过回转刀架安装在普通车床或数控车床上，用于解决高温合金、钛合金等难加工材料的加工难题，扩大了车床的使用范围，简化了超声车削装置的结构，整个超声纵扭复合车刀体积小，便于安装，操作简单，拆卸方便，相比普通车刀加工来说，加工精度可达到超精密级，表面质量也得到改善。
本发明相比现有的超声车刀来说，超声纵纽复合振动更容易实现，安装和调试也更加容易；相比普通车刀来说，加工后工件表面质量得到了改善，且提高了加工效率。该车刀与普通车床或数控车床有很高的兼容性，提高了车床的实用效率和应用范围。
本发明利用车床刀架上的螺钉固定在车床转台刀架上，通过航空插头将超声波发生器的信号输入到换能器组件（含陶瓷片、电极片、连接螺钉）中，使其产生一定规律的高频振动，进而带动刀尖产生纵扭振幅，实现超声车削。整个装置体积小，操作简单，拆装方便，与传统车削相比加工精度高，且减少了加工工序，提高了加工效率，同时也降低了成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的仰视图；
图4是图1的右视图；
图5是本发明的轴测图；
图6是凹槽与安装孔在刀体上的位置示意图；
图7是换能器组件的结构示意图；
图8是本发明的装配示意图。
具体实施方式
如图1-7所示，本发明的适用于难加工材料的一体式超声纵扭复合车刀，包括刀体1，刀体1的前端连接有刀头部2，刀头部2为楔形结构，该刀头部2相当于超声波变幅杆，刀头部2的前端安装有机夹刀片3，机夹刀片3用于车削加工，刀体1内安装有换能器组件4，刀体1的后端安装有航空插头5，航空插头5通过输入电缆6与换能器组件4连接，航空插头5通过电缆外接超声波电源7，超声波电源7通过航空插头5对换能器组件4施加超声振幅后，通过楔形的刀头部2将振幅放大到所需的振幅，并作用于机夹刀片3上，使机架刀片具有相应的运动轨迹，用于车削加工。
刀头部2的前端顶部开设有菱形的安装槽，机夹刀片3为菱形结构，机夹刀片3通过螺钉安装在刀头部2的安装槽内。
刀头部2和刀体1为一体结构，刀体1的底部开设有凹槽8，刀体1内后端开设有安装孔9，安装孔9通过穿孔10与凹槽8相连接，换能器组件4安装在凹槽8内，刀体1的底部通过螺钉连接有用于封堵凹槽8的保护盖11，保护盖11的设置可以使换能器组件4处于一个密闭的空间，保证工作环境不受外界影响，航空插头5插设在刀体1的安装孔9内并通过螺钉安装在刀体1的后端面，所述的输入电缆6穿设在穿孔10内。
换能器组件4包括连接螺栓12、四个压电陶瓷片13和四个电极片14，连接螺栓12沿前后水平方向设置，刀体1内的凹槽8的前端开设有螺纹孔15，连接螺栓12的前端部螺纹连接在螺纹孔15内，四个压电陶瓷片13和四个电极片14套设在连接螺栓12上，并且压电陶瓷片13与电极片14交替设置，连接螺栓12的前部连接有用于压紧压电陶瓷片13和电极片14的压紧螺母16，相邻的两个电极片14的正负极通过导线相连，输入电缆6与最后侧的电极片14连接。
连接螺栓12的外部套设有热缩套管17，所有的压电陶瓷片13和电极片14位于热缩套管17内，并且需要保证热缩套管17的内壁与压电陶瓷片13和电极片14外缘相贴紧，这样设置的目的在于可以防止能量在传输过程中出现不必要的能量损失。
由于机夹刀片3为钢制件，凹槽8内设置有用于包裹换能器组件4的绝缘套，绝缘套的设置防止在工作过程中换能器漏电。
刀体1上设有两排隔振孔组，两排隔振孔组左右并排设置，每排隔振孔组包括若干个前后并列设置的隔振孔18，每个隔振孔18的底部均敞口，隔振孔18的设置可以防止过多的振幅能量损失。
如图8所示，在进行车削加工时，将本发明装配在普通车床或数控车床的回转刀架19上，然后将超声波电源7通过外接电缆与航空插头5连接，打开超声波电源7开关，超声波电源7的显示屏上显示当前功率信息，通过调节超声波电源7上的旋钮调节所需的超声频率和电流，其中超声频率和电流会在超声波电源7的显示屏上显示出来。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。