超声波机床加工系统的制作方法

本实用新型涉及机加工技术领域，尤其是涉及一种超声波机床加工系统。

背景技术：

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。普通超声加工是通过液态介质加工产品，属于特种加工，应用范围小，无法用在范围较广的切削加工、磨削加工中，且超声加工机床结构复杂，价格高昂。因此，将超声加工与工具旋转组合起来的旋转超声加工模式逐渐得到越来越广泛的应用。

例如：专利号为CN106181595A的专利，公开了一种固结磨料超声加工装置及方法，属于硬脆性材料加工领域，可以进行异形孔加工和平面磨削加工，固结磨料超声加工装置包括XY轴进给装置、工作槽、主轴立柱、固结磨料工具、Z轴伺服进给装置和超声波发生系统，超声波发生器采用超声恒流电源，超声恒流电源包括用于采集超声换能器两端的电流和电压的采集单元和用于计算超声加工系统的等效阻抗的处理单元，处理单元将计算的等效阻抗与阻抗设定值进行比较后对固结磨料工具的进给速度和/或超声波发生器的输出电流进行调节。

目前，在现有的刀具组件中，为了适应旋转超声加工，把振动系统集成到超声波刀体中的超声波刀柄组件应运而生。但是，传统集成有振动系统的超声波刀柄组件，平衡性不好，其变幅杆经过碰撞容易发生倾斜，从而加大变幅杆的圆跳动，影响变幅杆的动平衡，导致超声波刀柄组件加工精度较差，使用寿命较短；

另外，现有研磨刀具的研磨部在研磨加工时会由于摩擦力而产生大量热量，不能够有效散热会对研磨质量造成影响；并且，目前刀具加工时，不能够实时测量刀具的端面跳动或圆度跳动参数而进行实时调整，从而不能够保障研磨后的工件表面平整性和产品质量。

综上所述，现有的刀具组件中，平衡性不好，导致刀具组件加工精度较差且使用寿命较短，并且，研磨刀具不能有效散热和实时测量端面跳动或圆度跳动的参数，使得工件加工质量受到影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种超声波机床加工系统，以解决现有技术存在的上述技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术方案；本实用新型提供的超声波机床加工系统，包括：

超声波刀体，其第一端用于与机床主轴连接；

超声电源发生器，用以产生高频电能信号；

无线传输发射装置，用于安装在机床主轴上，用于与超声电源发生器电连接；

无线传输接收装置，安装在超声波刀体上，与无线传输发射装置对应设置；用于接收无线传输发射装置发出的信号并将感应到的信号还原成高频电能信号，传递给超声波换能器；

超声波换能器，包括变幅杆和设置在所述变幅杆的第一端的压电振子，所述压电振子与所述无线传输接收装置连接；所述变幅杆的第二端底面具有用于与研磨刀具连接的连接凸起，所述变幅杆的第一端设置有连接件，所述变幅杆通过所述连接件与所述超声波刀体的第二端连接，所述连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台；

动平衡环，所述动平衡环设置在所述安装凸台上；

研磨刀具，包括刀盘本体，所述刀盘本体的一端设置有环状的磨削部，所述刀盘本体中部具有连接孔，所述连接孔与所述变幅杆的第二端的连接凸起相连接，

所述超声波刀体第二段且临近所述动平衡环的一端设有研磨刀具安装部，所述超声波刀体的另一端设有与机床连接的安装轴。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环包括环体，所述环体具有相对的内侧面和外侧面，所述内侧面用于围成所述环体的中部的安装孔；

所述外侧面设置有多个配重孔，且多个所述配重孔沿所述外侧面的周向均布。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环还包括调节装置，所述调节装置安装于所述配重孔中。

在上述任一技术方案中，进一步地，

所述刀盘本体位于磨削部的一端设置有用以布置冷却通道的空腔，刀盘本体或磨削部上设置有阶梯槽结构以便于测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述无线传输发射装置包括发射环支架、发射磁芯以及发射线圈，所述发射环支架上设有刀体贯穿孔，所述发射环支架上在所述刀体贯穿孔的外围设有第一安装槽，所述发射环支架上在所述第一安装槽的外围还设有装配孔，所述装配孔用于与机床主轴的非旋转端面上的支架安装孔相配合，所述发射磁芯安装在所述第一安装槽中，所述发射磁芯上设有第二安装槽，所述发射线圈设置在所述第二安装槽中。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波换能器还包括盖板和锁紧螺栓；

所述变幅杆的第一端端面上开设有与所述锁紧螺栓匹配的螺纹孔，所述压电振子上开设有安装孔，所述盖板设置在所述压电振子远离所述变幅杆的一侧，所述盖板上开设有固定孔；

所述锁紧螺栓用于穿过所述固定孔、安装孔与所述螺纹孔配合，使得所述压电振子、盖板锁紧在所述变幅杆上。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述研磨刀具的直径为44.98-150.02mm。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体的外壁上设有定位凸台，所述定位凸台用于定位所述无线传输接收装置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述磨削部上开设有至少一个排屑槽，所述排屑槽的槽口处能够形成切削刃以缓冲工件的切削碰撞。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述刀盘本体上还设置有多个第一锁紧孔，所述变幅杆的第二端底面具有第二锁紧孔，通过在第一锁紧孔和第二锁紧孔内安装螺钉以使所述刀盘本体和所述变幅杆连接。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的超声波机床加工系统中，

超声波刀体用于起到连接机床主轴、安装超声波换能器等部件的作用，无线传输发射装置用于将超声电源发生器产生的高频电能信号通过无线传输的方式传递到无线传输接收装置上，无线传输接收装置用于接收无线传输发射装置发出的信号并将感应到的信号还原成高频电能信号，传递给超声波换能器，超声波换能器用于利用压电振子的压电逆效应将频率电信号转换为高频机械振动，并通过变幅杆对机械振动进行放大传输到研磨刀具，由研磨刀具加工工件，进而能够配合传统普通机床实现超声加工；

所述连接件上设置有用于安装动平衡环的安装凸台，所述动平衡环设置在所述安装凸台上。通过在变幅杆上设置有安装凸台，在安装凸台上设置有动平衡环，不易影响变幅杆的圆跳动和动平衡，加工精度较高，使用寿命较长；刀盘本体位于磨削部的一端设置有空腔，便于在空腔内布置冷却通道，从而对刀盘本体进行散热，刀盘本体或磨削部上设置有阶梯槽结构，在刀盘本体转动时，以便于通过阶梯槽结构来测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动，从而对刀盘本体进行相应的调整，使得圆盘本体的旋转更为稳定，保障工件的加工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例所述的超声波机床加工系统的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例所述的超声波刀体中安装腔体的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例所述的超声波机床加工系统中无线传输接收装置的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例所述的超声波机床加工系统中超声波换能器的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例所述的超声波机床加工系统中超声波刀体的爆炸结构示意图；

图6为本实用新型一实施例所述的超声波机床加工系统中研磨刀具的立体结构示意图；

图7为本实用新型一实施例所述的超声波机床加工系统中研磨刀具的剖视图；

图8为本实用新型一实施例所述的超声波机床加工系统中无线传输发射装置的结构示意图。

附图标记：

100、超声波刀体；101、研磨刀具安装部；102、安装轴；200、无线传输发射装置；210、发射环支架；211、刀体贯穿孔；212、第一安装槽；213、装配孔；215、插头安装面；216、接线通道；220、发射磁芯；221、第二安装槽；222、第一接线口；230、发射线圈；300、无线传输接收装置；310、接收环支架；311、第三安装槽；312、第二接线口；320、接收磁芯；321、第四安装槽；322、第三接线口；330、接收线圈；400、超声波换能器；410、变幅杆；411、连接件；414、锥面；416、凸起；417-连接凸起；418-第二锁紧孔；422、第一压电陶瓷片；423、第一电极片；424、第二压电陶瓷片；430、盖板；500、安装凸台；501、动平衡环；502、内侧面；503、外侧面；504、配重孔；600、刀盘本体；610、磨削部；620、连接孔；630、排屑槽；640、切削刃；650、第一锁紧孔；660、空腔；670-阶梯槽结构；700、超声电源发生器；800-机床主轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1至图7，下面结合具体的实施方式对本实用新型做进一步地解释说明。

本实用新型实施例提供的超声波机床加工系统，其中，包括：

超声波刀体100，其第一端用于与机床主轴800连接；

超声电源发生器700，用以产生高频电能信号；

无线传输发射装置200，用于安装在机床主轴800上，用于与超声电源发生器700电连接；

无线传输接收装置300，安装在超声波刀体100上，与无线传输发射装置对应设置；用于接收无线传输发射装置200发出的信号并将感应到的信号还原成高频电能信号，传递给超声波换能器400；

超声波换能器400，包括变幅杆410和设置在所述变幅杆410的第一端的压电振子，所述压电振与所述无线传输接收装置300连接；所述变幅杆410的第二端底面具有用于与研磨刀具连接的连接凸起417，所述变幅杆410的第一端设置有连接件411，所述变幅杆410通过所述连接件411与所述超声波刀体100的第二端连接，所述连接件411上设置有用于安装动平衡环的安装凸台500；

动平衡环501，所述动平衡环501设置在所述安装凸台500上。

设置安装凸台500用于安装动平衡环，将动平衡环安装在安装凸台500上进行配重，保证超声波机床加工系统的稳定性；

研磨刀具，包括刀盘本体600，刀盘本体600的一端设置有环状的磨削部610，刀盘本体600中部具有连接孔620，连接孔620与变幅杆410的第二端的连接凸起417相连接，

所述超声波刀体100第二端且临近所述动平衡环的一端设有研磨刀具安装部101，所述超声波刀体100的另一端设有与机床连接的安装轴103。

刀盘本体600位于磨削部610的一端设置有空腔660，设置空腔660的目的是便于在空腔600内布置冷却通道，从而对刀盘本体600进行散热。

刀盘本体600或磨削部610上设置有阶梯槽结构670以便于测量刀盘本体600的端面跳动或圆度跳动；

如图1和图5所示，本实施例中以在刀盘本体靠近变幅杆的一端设置阶梯槽结构670为例，在刀盘本体600转动时，以便于通过阶梯槽结构670来测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动，从而对刀盘本体进行相应的调整，使得圆盘本体的旋转更为稳定，保障工件的加工质量。

磨削部610上开设有至少一个排屑槽640，排屑槽630的槽口处能够形成切削刃640以缓冲工件的切削碰撞(请参照图6-图8)。

上述超声波机床加工系统，超声波刀体100用于起到连接机床主轴800、安装超声波换能器400等部件的作用，无线传输发射装置用于将超声电源发生器700产生的高频电能信号通过无线传输的方式传递到无线传输接收装置300上，无线传输接收装置300用于接收无线传输发射装置发出的信号并将感应到的信号还原成高频电能信号传递给超声波换能器400，超声波换能器400用于利用压电振子的压电逆效应将频率电信号转换为高频机械振动，并通过变幅杆410对机械振动进行放大传输到刀盘本体600，再通过刀盘本体600应用至加工工件，进而能够配合传统普通机床实现超声加工。

所述刀盘本体600位于磨削部610的一端设置有用以布置冷却通道的空腔；刀盘本体600或磨削部610上设置有阶梯槽结构以便于测量刀盘本体600的端面跳动或圆度跳动。

该超声波机床加工系统能够利用动平衡环，提高工作时的稳定性和结构强度，产品碰撞后变幅杆410不易倾斜，不易影响变幅杆410的圆跳动和动平衡，加工精度较高，使用寿命较长；

同时，刀盘本体600位于磨削部610的一端设置有空腔660，设置空腔的目的是便于在空腔内布置冷却通道，从而对刀盘本体进行散热。

刀盘本体600或磨削部610上设置有阶梯槽结构670以便于测量刀盘本体600的端面跳动或圆度跳动；在刀盘本体转动时，以便于通过阶梯槽结构来测量刀盘本体的端面跳动或圆度跳动，从而对刀盘本体进行相应的调整，使得圆盘本体的旋转更为稳定，保障工件的加工质量。

磨削部610上设置的排屑槽630一方面起到散热的作用，另一方面起到排出磨削屑的作用，保障研磨质量的同时延长了磨削部610的使用寿命；排屑槽630的槽口处形成的切削刃640能够对工件表面高点进行切削，从而起到缓冲刀盘本体600与工件之间的切削碰撞，保障工件的加工质量。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环501包括环体，所述环体具有相对的内侧面502和外侧面503，所述内侧面502用于围成所述环体的中部的安装孔；

所述外侧面503设置有多个配重孔504，且多个所述配重孔504沿所述外侧面503的周向均布。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述动平衡环501还包括调节装置，所述调节装置安装于所述配重孔504中。

通过在动平衡环501的配重孔504中安装调节装置，以调节刀柄和动平衡环501形成的整体的重心的空间位置，以使其保持在刀柄的旋转轴线上，从而有利于维持转动过程中的平衡状态，提高加工精度，减少机械故障的发生。

调节装置为柱状结构；柱状结构具有外螺纹，用于与配重孔504的内螺纹相配合。柱状结构的端部开设有驱动槽，驱动槽可以为一字槽或十字槽。

所述研磨刀具的直径为44.98-150.02mm。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述变幅杆410的第二端设置有锥面414，所述锥面414的直径从所述变幅杆410的第二端至所述变幅杆410的第一端逐渐减小。

锥面414底部设置的连接凸起417，用于连接刀盘本体，将变幅杆410底部设置为锥面414，以增加强度。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波换能器400还包括盖板430和锁紧螺栓440；

所述变幅杆410的第一端端面上开设有与所述锁紧螺栓440匹配的螺纹孔，所述压电振子上开设有安装孔，所述盖板430设置在所述压电振子远离所述变幅杆410的一侧，所述盖板430上开设有固定孔；

所述压电振子包括依次叠设的第一压电陶瓷片422、第一电极片423、第二压电陶瓷片424、第二电极片、第三压电陶瓷片、第三电极片等。所述第一压电陶瓷片422的负极与所述变幅杆410的第一端端面相接，所述第一压电陶瓷片422的正极与所述第二压电陶瓷片424的正极相对设置，所述第二压电陶瓷片424的负极与所述第三压电陶瓷片的负极相对设置，相邻的压电陶瓷片之间正极与正极相接，负极与负极相接，通过向相应的电极片通电，能够实现压电振子的压电特性。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述锁紧螺栓440外设置有热缩绝缘管，所述热缩绝缘管设置在所述锁紧螺栓440与所述压电振子、盖板430之间。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体100的第二端设有安装腔体110，所述压电振子位于所述安装腔体110内。

在上述任一技术方案中，进一步地，如图8所示，所述无线传输发射装置200包括发射环支架210、发射磁芯220以及发射线圈230。所述发射环支架210上设有刀体贯穿孔211。所述发射环支架210上在所述刀体贯穿孔211的外围设有第一安装槽212。所述发射环支架210上在所述第一安装槽212的外围还设有装配孔213，所述装配孔213用于与机床主轴800的非旋转端面上的支架安装孔相配合。所述发射磁芯220安装在所述第一安装槽212中。所述发射磁芯220上设有第二安装槽221，所述发射线圈230设置在所述第二安装槽221中。采用上述结构，发射磁芯220与发射线圈230能够通过发射环支架210安装在机床主轴800上，发射环支架210的刀体贯穿孔211用于通过超声波刀体100，便于超声波刀体100与机床主轴800连接，发射环支架210可通过紧固件穿入装配孔213、支架安装孔实现与机床主轴800的连接，本实施例的发射环支架210具备连接机床主轴800、承载发射磁芯220与发射线圈230、便于超声波刀体100通过的作用，其为一体结构，相比于传统采用分体的锁环与发射环配合的结构，发射环支架210与机床主轴8001连接时只要将紧固件拧紧即可，锁紧方便，锁紧之后受外力作用时，不易出现倾斜或转动，固定牢靠，进而也不易现干涉超声波刀体100的状况。可选地，所述发射磁芯220为发射铁氧体。

本实施例中，所述发射环支架210上用于安装插头的侧面为插头安装面215。所述发射环支架210内部设有接线通道216，所述接线通道216的一端与所述第一安装槽212连通，所述接线通道216的另一端贯穿所述插头安装面215。所述第二安装槽221远离所述刀体贯穿孔211的外槽壁上设有第一接线口222。采用上述结构，发射线圈230的接线可以通过第一接线口222、接线通道216穿出发射环支架210的插头安装面215，然后接线与插头连接实现与超声电源发生器700连接，接线从内部接线，操作方便，且能够有效保护接线。

进一步地，所述装配孔213为条形装配孔。如此，本实施例的发射环支架210可适用不同型号的机床主轴800，当不同机床主轴800的非旋转端面上的支架安装孔位置有差异时，可通过将紧固件装配在条形装配孔213的不同位置来适应，通用性好，操作方便。可选地，所述装配孔213为两个，两个所述装配孔213沿着所述刀体贯穿孔211的周向方向间隔均匀设置。如此，装配可靠，通用性好。

如图3所示，在上述任一技术方案中，进一步地，所述无线传输接收装置300包括接收环支架310、接收磁芯以及接收线圈；

所述接收环支架310套设在所述超声波刀体100的外侧，所述接收环支架310上设有第三安装槽311，所述接收磁芯安装在所述第三安装槽311中，所述接收磁芯上设有第四安装槽321，所述接收线圈330安装在所述第四安装槽中。

所述第三安装槽311靠近所述接收环支架310中心的内槽壁上开设有第二接线口312，所述第四安装槽321靠近所述接收环支架310中心的内槽壁上开设有第三接线口322，且所述第三接线口322的位置与所述第二接线口312的位置对应。从而接收线圈330的接线可以通过第三接线口322、第二接线口312引入至接收环支架310的中空结构中，便于与超声波刀体100内的压电振子接线，接线方便，且接线从内部进行，能够有效保护接线。无线传输接收装置200的接线从超声波刀体100上的过线孔130穿设。

接收磁芯320能够与无线传输发射装置的发射磁芯220感应，从而起到无线接收作用，将感应到的磁场还原成高频电能信号传输给压电振子。可选地，所述接收磁芯320为接收铁氧体。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述超声波刀体100的外壁上设有定位凸台120，所述定位凸台120用于定位所述无线传输接收装置300。定位凸台120能够起到安装定位的作用，无线传输接收装置300可直接安装在定位凸台120处即可，无需反复调整安装位置，安装方便，操作简单，安装效率高。

请参照图6和图8，在上述任一技术方案中，进一步地，磨削部610用以接触工件的端面分布有金刚石砂粒。由于金刚石砂砾能够提供良好的硬度和耐磨性能，从而保障磨削部610的使用寿命。

在上述任一技术方案中，进一步地，刀盘本体600上还设置有多个第一锁紧孔650，第一锁紧孔650设置在连接孔620的周向位置，变幅杆410的第二端底面具有第二锁紧孔418，第二锁紧孔418的数量与第一锁紧孔650的数量相同，通过在第一锁紧孔650和第二锁紧孔418内安装螺钉以使刀盘本体600和变幅杆410连接。

通过上述连接方式，连接凸起配合连接孔使用起到便于定位的作用，通过螺钉锁紧在第一锁紧孔650和第二锁紧孔418内，使刀盘本体600和变幅杆410方便连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。