可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構的制作方法

本發明涉及超聲刀柄技術領域，特別涉及一種可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構。

背景技術：

當前一些特殊材料應用越來越廣泛，比如玻璃、藍寶石、碳化硅、復合材料等。這些材料由于機械特性很硬脆，導致采用傳統的加工工藝無法滿足這些材料的加工精度的要求。當前行業采用了超聲能量輔助的方式，結合現有機床的高速旋轉，用于這類硬脆材料的可加工性、加工精度、以及提高加工刀具的壽命。在超聲輔助加工中，超聲能是加工工藝最為關鍵的參數，其起到激發材料原子能，降低切削力等作用。換能器(Transducer)是超聲加工中提供超聲能量的核心執行機構，其工作原理為利用壓電逆效應將頻率電信號轉換為高頻超聲振動，并將超聲能傳輸到加工材料。

然而現有的換能器和ISO25超聲刀柄均為采用分體式結構設計，進而增加了超聲電主軸結構的復雜性，使用范圍窄，而且一般都是采用滑環方式來傳遞超聲能量，這種接觸式結構會存在：易磨損和主軸轉速低等問題等一系列問題使得超聲復合加工很難推廣于實際生產。另外，其結構也不利于自動換刀，易出現刀柄、卡刀手、刀庫等機械結構的干涉。

技術實現要素：

針對上述不足，本發明的目的在于，提供一種結構設計巧妙、合理，利于自動換刀，采用無線電能傳遞方式，工作穩定性好,使用壽命長的可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案為：一種可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構，其包括ISO刀柄、保持架、無線電能發射端、無線電能接收端、超聲換能器和壓板，所述保持架包括套接筒和將該套接筒的下端開口封閉的圓盤，所述套接筒套設在電主軸上，所述圓盤的圓心位置設有與所述ISO刀柄相適配的裝配開口，所述ISO刀柄的一端穿過裝配開口伸入電主軸內，并與拉釘相連接，另一端設有用來安裝所述超聲換能器的安裝腔，所述超聲換能器安裝在該安裝腔上，并通過壓板進行固定，ISO刀柄靠近超聲換能器的一端外周面位置上設有卡刀位，即卡刀位位于無線電能接收端裝置的下方位置，該卡刀位用于機床刀庫的自動換刀功能；所述無線電能接收端對應卡刀位的上方位置套設在超聲換能器上，所述無線電能發射端對應無線電能接收端的位置安裝在所述圓盤上。

作為本發明的進一步改進，所述ISO刀柄的外形呈錐形筒狀，卡刀位的橫截面外形輪廓呈V字形，該卡刀位的底部設有橫截面外形輪廓呈方形的底部，對應卡刀位的兩側位置于ISO刀柄的外周面設有限位凸緣。

作為本發明的進一步改進，所述超聲換能器包括工具頭、壓電陶瓷組件和變幅桿，所述工具頭通過夾頭設置在所述變幅桿的首端，該變幅桿的尾部外側面徑向凸起形成一安裝聯接部，所述壓電陶瓷組件通過連接部件設置在所述變幅桿的尾部；所述安裝聯接部朝向所述工具頭的一端面內側位置設有下凹槽，另一端面外側位置設有上凹槽。

作為本發明的進一步改進，所述安裝腔的開口處外擴形成與所述安裝聯接部相適配的凹位，所述安裝聯接部位于該凹位內，并通過所述壓板進行固定。較佳的，凹位與壓板之間采用錐度配合或直角度配合。并且可以采用螺紋鎖定、過盈配合、焊接等配合方式使壓板、換能器、安裝腔等聯接在一起。

作為本發明的進一步改進，所述ISO刀柄上至少設有一與所述安裝腔相連通的徑向線孔。

作為本發明的進一步改進，所述無線電能發射端包括原邊保護套及設置在該原邊保護套內的原邊磁芯，該原邊磁芯上卷繞有感應線圈。

作為本發明的進一步改進，所述無線電能接收端包括副邊保護套及設置在該副邊保護套內的副邊磁芯，該副邊磁芯上卷繞有感應線圈。

作為本發明的進一步改進，所述套接筒上呈圓心對稱設有多個徑向鎖緊螺絲孔，用于通過保持架將無線電能發射端固定在電主軸上。

作為本發明的進一步改進，所述套接筒的外表面上間隔設有兩環形凹槽。

作為本發明的進一步改進，所述ISO刀柄的型號為ISO25、ISO20或ISO30等其它ISO系列類似的刀柄結構。

本發明的有益效果為：本發明的結構設計巧妙，采用無線電能傳遞方式，以電磁感應的方式傳遞超聲能量，無需接觸，有效解決傳統滑環方式所帶來的磨損及主軸轉速低等問題等一系列問題，有效提升超聲電主軸的工作穩定性，具有高穩定、高轉速、高精度、長壽命等優點；無線電能接收端通過保持架懸掛在電主軸上，方便拆裝，并使得ISO刀柄與主軸相對獨立，給日常使用與更換帶來方便；卡刀位位于無線電能接收端的下方位置，給自動換刀帶來可能性，實現刀庫的自動更換與放置刀柄，有效避免出現刀柄、卡刀手、刀庫等機械結構之間的相互干涉；另外采用壓板將超聲換能器固定在安裝腔上，易于安裝和實現，而且整體結構緊湊，體積小，利于廣泛推廣使用。

下面結合附圖與實施例，對本發明進一步說明。

附圖說明

圖1是本發明的立體結構示意圖。

圖2是本發明的剖視結構示意圖。

具體實施方式

實施例：見圖1和圖2，本發明提供的一種可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構，其包括ISO刀柄1、保持架2、無線電能發射端3、無線電能接收端4、超聲換能器5和壓板6，所述保持架2包括套接筒21和將該套接筒21的下端開口封閉的圓盤22，所述套接筒21套設在電主軸7上，所述圓盤22的圓心位置設有與所述ISO刀柄1相適配的裝配開口，所述ISO刀柄1的一端穿過裝配開口伸入電主軸7內，并與拉釘8相連接，另一端設有用來安裝所述超聲換能器5的安裝腔，所述超聲換能器5安裝在該安裝腔上，并通過壓板6進行固定，ISO刀柄1靠近超聲換能器5的一端外周面位置上設有卡刀位11，所述無線電能接收端4對應卡刀位11的上方位置套設在超聲換能器5上，所述無線電能發射端3對應無線電能接收端4的位置安裝在所述圓盤22上。所述ISO刀柄1的外形呈錐形筒狀，卡刀位11的橫截面外形輪廓呈V字形，該卡刀位11的底部設有橫截面外形輪廓呈方形的底部，對應卡刀位11的兩側位置于ISO刀柄的外周面設有限位凸緣12。

具體的，所述超聲換能器5包括工具頭51、壓電陶瓷組件52和變幅桿53，所述工具頭51通過夾頭54設置在所述變幅桿53的首端，該變幅桿53的尾部外側面徑向凸起形成一安裝聯接部，所述壓電陶瓷組件52通過連接部件設置在所述變幅桿53的尾部。所述安裝聯接部朝向所述工具頭的一端面內側位置設有下凹槽，另一端面外側位置設有上凹槽。即整體橫截面輪廓呈Z字形，能較好地與ISO刀柄1相結合，且結合效果好，有效地超聲能量的向外傳遞，從而保證超聲能量的傳遞路徑，不僅大大提升超聲能量傳遞效率，而且又能保證超聲電主軸的旋轉性能，進而保證加工效果，具有良好的工作性能。具體的，所述連接部件包括雙頭螺栓和蓋體，該雙頭螺栓的一端貫穿所述壓電陶瓷組件52，并旋入所述變幅桿53的尾端面，另一端擰入蓋體并鎖緊。結構設計合理，安裝使用方便。較佳的，所述壓電陶瓷組件52包括多塊依次疊置，且相并聯的壓電陶瓷。多塊壓電陶瓷采用并聯方式連接，在保證具有小體積的基礎上，有效降低阻抗，耗能低。還可以使所述變幅桿53的尾部端面的中心位置凸起形成一與所述壓電陶瓷組件52的外形輪廓相適配的安裝凸臺。不僅裝配效果好，且保證超聲能量的傳遞路徑，提升超聲能量傳遞效率，具有良好的工作性能。

為方便快速準確定位安裝，使所述安裝腔的開口處外擴形成與所述安裝聯接部相適配的凹位，所述安裝聯接部位于該凹位內，并通過所述壓板6進行固定。壓板6可以采用螺紋鎖定、過盈配合、焊接等配合方式固定在安裝腔上。

在所述ISO刀柄1上至少設有一與所述安裝腔相連通的徑向線孔。本實施例中，所述徑向線孔的數量為兩個，對稱設置在ISO刀柄1上，用于超聲換能器5驅動電信號的導線連接，給安裝帶來方便，其它實施例中，徑向線孔的數量也可以為一個

具體的，所述無線電能發射端3包括原邊保護套及設置在該原邊保護套內的原邊磁芯，該原邊磁芯上卷繞有感應線圈。所述無線電能接收端4包括副邊保護套及設置在該副邊保護套內的副邊磁芯，該副邊磁芯上卷繞有感應線圈。所述原邊保護套的中心位置設有讓ISO刀柄1穿過的通孔。工作時，該超聲波發生器產生高頻超聲能量并加載到無線電能發射端3，該無線電能發射端3以電磁感應的方式，將超聲能量傳遞到無線電能接收端4，并由該無線電能接收端4加載到超聲換能器5上，進而達到無線傳輸電能的目的，無需接觸，有效解決傳統滑環方式所帶來的磨損及主軸轉速低等問題等一系列問題，進而提升超聲電主軸的工作穩定性，具有高轉速、壽命長等優點。

較佳的，在所述套接筒21上呈圓心對稱設有多個徑向鎖緊螺絲孔211，給懸掛使用帶來方便。還可以在所述套接筒21的外表面上間隔設有兩環形凹槽212，在減輕自重的同時，減少超聲能量的徑向擴散，更能保證超聲能量的傳遞路徑，有效提升超聲能量傳遞效率。

ISO 7388/1型是國際標準，簡稱IV、IT或ISO，ISO刀柄可以安裝在DIN 69871 型、IS0 7388/1和ANSI/ASME主軸錐孔的機床上，通用性好。本實施例中，所述ISO刀柄1的型號為ISO25，體積小，重量輕，轉速高，利于自動換刀。本發明可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構結構設計巧妙，采用無線電能傳遞方式，以電磁感應的方式傳遞超聲能量，無需接觸，有效解決傳統滑環方式所帶來的磨損及主軸轉速低等問題等一系列問題，有效提升超聲電主軸的工作穩定性，具有高穩定、高轉速、高精度、長壽命等優點；無線電能接收端4通過保持架2懸掛在電主軸上，方便拆裝，并使得ISO刀柄與主軸相對獨立，給日常使用與更換帶來方便；卡刀位11位于無線電能接收端4的下方位置，給自動換刀帶來可能性，實現刀庫的自動更換與放置刀柄，有效避免出現刀柄、卡刀手、刀庫等機械結構之間的相互干涉，本實施例中，所述ISO刀柄的型號為ISO25刀柄。其它實施例中，該ISO刀柄也可以為ISO刀柄系列的其它型號刀柄，如ISO20或ISO30等。具體的說，本發明可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構具有以下優點：

（1）本發明可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構采用無線電能傳遞方式，以電磁感應的方式傳遞超聲能量，無需接觸，有效解決傳統滑環方式所帶來的磨損及主軸轉速低等問題等一系列問題，有效提升超聲電主軸的工作穩定性，具有高穩定、高轉速、高精度、長壽命等優點；

（2）本發明可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構采用ISO刀柄規格，是目前最廣泛也是最普遍應用的加工刀柄形式之一，可應用金屬、塑料、石墨、碳纖維等材料的加工，適用范圍廣；

（3）本發明可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構的保持架2懸掛在電主軸上，方便拆裝，并使得ISO刀柄與主軸相對獨立，給日常使用與更換帶來方便；

（4）卡刀位11位于無線電能接收端的下方位置，用于自動換刀，實現刀庫的自動更換與放置刀柄，有效避免出現刀柄、卡刀手、刀庫等機械結構之間的相互干涉；

（5）本發明可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構采用壓板將超聲換能器固定在安裝腔上，如熱裝、或焊接等方式進行固定，易于安裝和實現。

（6）本發明可自動換刀的ISO超聲波刀柄結構區別于較大體積傳統刀柄，體積更小，重量更輕，并配合有動平衡環，穩定性更高，轉速更高，加工精度更高，使用壽命更長，且利于自動換刀等特點。

根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制，采用與其相同或相似的其它超聲刀柄，均在本發明保護范圍內。