一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置製造方法

2023-05-12 11:44:21

一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置製造方法
【專利摘要】一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，適用於多種工具機，包括刀柄連接杆(13)，內套筒(15)、外套筒(25)、超聲波換能器(19)、集流裝置、初級放大變幅杆(31)、對稱變幅杆(2)和鋸片(1)；本發明通過超聲波發生器產生高頻信號，通過集流裝置傳遞給超聲波換能器(19)，並產生超聲振動，經初級放大變幅杆(31)放大，傳到對稱變幅杆(2)波腹位置產生一個徑向振動並作用在鋸片上。本發明能夠與多種工具機實現柔性的對接，擴展了傳統工具機的加工應用，實現了超聲振動輔助鋸切硬脆性材料，解決了傳統鋸切硬脆性材料的鋸切力大、材料損耗大與崩邊嚴重等問題，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及硬脆性材料的精密加工領域的鋸切加工裝置，特別涉及一種用於多種工具機的快換式超聲振動輔助鋸切裝置。
【背景技術】
[0002]光學玻璃、晶體和陶瓷等高性能硬脆性材料的應用受制於其高硬度和高脆性而很難加工出應用場合零件所需的形狀和精度要求，隨著機械加工水平的日益提高，這些材料的應用才日益得以擴展。通常，在這些硬脆性材料零件的製備加工過程中，鋸切是機械加工第一道工序，對零件加工成本和質量有著很重要的影響。當前，利用金剛石其硬度優越性作為鋸片磨料來加工硬脆性材料是最為常用工藝方法，然而該方法在鋸切過程中工件材料受到鋸片上金剛石磨料的衝擊作用而出現裂紋擴展和崩碎去除等現象，導致被鋸切工件的切縫加大、平行度差及崩邊等問題，難以保證零件的加工精度和表面質量。為了減少工件材料崩碎去除和裂紋擴展帶來的影響，只能減小鋸切時的切深和進給，這又大大影響其加工效率。
[0003]超聲振動輔助鋸切，加入了一個超聲衝擊作用與空化作用，使得在工件材料在鋸切過程中通過產生微裂紋而被去除，這種斷續的衝擊和劃擦切削特點，使得鋸切過程中具有顯著降低鋸切力，抑制崩邊，減少切縫，提高加工精度和加工表面質量，延長鋸片的壽命等作用，從一定程度上解決了鋸切加工效率低下的問題。但是，傳統鋸切只是在特定的鋸切機上進行，加入超聲輔助的鋸切就更受到很大的限制，雖然國內外在相關領域取得了很多成果，但是至今尚未有一種能夠有一種適用於多種工具機使用的快換式超聲振動鋸切工具，這將限制了鋸切加工的實用範圍和靈活性。
[0004]在超聲波加工中，超聲輔助鋸切已有研究，但是仍有缺陷:如在中國專利號為96195671.2中，主要運用了對稱變幅杆方式使鋸片獲得在波腹點處的超聲振動。這種方式是在特定的鋸切機上將鋸片和變幅杆、主軸裝配連接在一起，當鋸片磨損或者損壞時，無法實現超聲工具的快換，互換性相對較差，導致加工過程中柔性較差。如在中國專利號201110060716.7和200920314714.4中，在超聲工具與主軸連接方式上都採用特定工具機標準測刀杆的整體連接方式，限制了超聲工具只能在配套工具機上進行加工，大大減少了超聲工具的實用工具機範圍，同時在超聲工具出現問題時，不利於更換超聲振動裝置，限制了其柔性製造性能。
[0005]目前現有的超聲振動輔助鋸切裝置主要是存在著結構複雜，整體化，在維修和裝配時十分困難，互換性低，加工成本高，因此在實際生產中並沒有得到廣泛的應用。

【發明內容】

[0006]本發明的主要目的在於克服現有技術中的上述缺陷，提出一種結構緊湊簡單，易於裝配和維修，能夠與傳統工具機實現柔性對接的快換式超聲振動輔助鋸切裝置。
[0007]本發明採用如下技術方案:[0008]一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，適用於多種工具機，包括刀柄連接杆13，還包括內套筒15、外套筒25、超聲波換能器19、集流裝置、初級放大變幅杆31、對稱變幅杆2和鋸片I ;該刀柄連接杆13頂端通過彈簧夾與工具機的主軸連接，底端通過上端蓋14與內套筒15固定連接以帶動內套筒15轉動；該內套筒15穿設於外套筒25內且與外套筒25為可轉動配合併與工具機主軸處於同一旋轉軸線上，內套筒15底部通過下端蓋30和壓片29進行鎖固；該超聲波換能器19位於內套筒15內，且連接有前蓋板24和後蓋板17 ;該集流裝置安裝於內套筒15外壁與外套筒25內壁之間，該集流裝置與超聲波換能器19電連接以將其接收到的高頻信號傳遞給超聲波換能器19 ;該初級放大變幅杆31頂端連接前蓋板24，底端穿過下端蓋30並與對稱變幅杆2固定連接；該對稱變幅杆2上固定有鋸片I。
[0009]優選的，所述集流裝置包括第一環形電極7、第二環形電極23、第一絕緣環6、第二絕緣環22、第一石墨電刷5和第二石墨電刷8，該第一絕緣環6套設於內套筒15外壁，該第二絕緣環22套設於第一絕緣環6外壁；該第一環形電極7和第一石墨電刷5位於第一絕緣環6和第二絕緣環22頂端，該第二環形電極23和第二石墨電刷8位於第一絕緣環6和第二絕緣環22底端，且第一石墨電刷5和第二石墨電刷8分別位與第一環形電極7和第二環形電極23外壁接觸以實現信號傳導；該第一環形電極7和第二環形電極23分別與超聲波換能器19電連接。
[0010]優選的，所述外套筒25內壁和內套筒15外壁均設有支撐所述第二環形電極23和第二石墨電刷8的臺階面，所述外套筒25頂端還固定有端蓋20以壓緊集流裝置，所述第一石墨電刷5和所述第二石墨電刷8外壁與所述外套筒25內壁之間均設有彈簧9。
[0011]優選的，所述內套筒15外壁和外套筒25內壁之間設有第一軸承4和第二軸承27，所述內套筒15外壁設有定位軸肩，該第一軸承4固定於所述臺階面底部與所述定位軸肩頂部之間，所述第二軸承27固定於所述定位軸肩底部。
[0012]優選的，所述後蓋板17和前蓋板24通過一螺栓16固定於所述超聲波換能器19上下兩端，該螺栓16外壁與所述超聲波換能器19之間還設有絕緣套18 ;所述內套筒15側壁設有第一通孔36和第二通孔38以供所述超聲波換能器19的連接線穿過；所述初級放大變幅杆31頂端通過第一螺杆與所述前蓋板24固定相連；所述對稱變幅杆2通過第二螺杆38與所述初級放大變幅杆31底端固定連接；所述鋸片I通過雷射焊接於對稱變幅杆2的波腹位置。
[0013]優選的，所述內套筒15底部一側還開設有限位螺孔，一限位螺釘28穿過該限位螺孔與所述初級放大變幅杆31固定連接以阻止初級放大變幅杆31的周向轉動。
[0014]優選的，所述外套筒25側壁上還安裝有快換插座21，所述外套筒25上對應設有容納並固定該快換插座的槽33。
[0015]優選的，所述外套筒25外壁還固定連接有若干拔叉，該拔叉的自由端通過固定塊與工具機床身連接以阻止外套筒25周向旋轉。
[0016]由上述對本發明的描述可知，與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
[0017]1.由於本發明的快換式超聲振動輔助鋸切裝置採用了高精度的非標準刀柄，刀柄連接杆與工具機主軸通過彈簧夾連接，實現了超聲振動鋸切裝置的完全工具機附件化，通過更換彈簧夾頭可以實現多直徑多尺寸，不同類型的鋸切工具的快速更換，裝夾、拆卸更方便。
[0018]2.本發明中超聲振動裝置部分採用了組合裝配的方式，後蓋板，壓電陶瓷堆，初級放大變幅杆，對稱變幅杆均採用不同的螺杆連接，實現了提高各部分的互換性，也改進整體的實用性能。
[0019]3.本發明中，超聲振動裝置部分與內套筒只是通過節點處法蘭連接，除了可以提高互換性外，還可以避免了超聲裝置產生振動對整個工具造成的迴轉誤差，有利於主軸轉矩的有效傳遞。
[0020]4.本發明中，金剛石薄鋸片通過雷射焊接連接在對稱變幅杆波腹處，充分保證了對稱變幅杆的整體有效性，提高了超聲利用率，保證了連接質量。
[0021]本發明的一種適用於多種工具機使用的快換式超聲振動鋸切工具以工具機附件化形勢出現，主要安裝在多種工具機上，結構緊湊，體型小，由於採用了柔性化的彈簧夾、刀柄連接杆連接工具機主軸，因此只需提供一套匹配的超聲波發生器，就可以在多種工具機上實現徑向超聲振動輔助鋸切硬脆性材料的加工，只要改變彈簧夾和刀柄連接杆，可以實現不同型號的工具連接，具有良好的互換性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明剖視圖；
[0023]圖2為本發明的整體外觀圖一；
[0024]圖3為本發明的整體外觀圖二；
[0025]圖4為本發明的端蓋的剖視圖；
[0026]圖5為本發明端蓋的俯視圖；
[0027]圖6為本發明刀柄連接杆的示意圖；
[0028]圖7為圖6的俯視圖；
[0029]圖8為內套筒的剖視圖；
[0030]圖9為內套筒的仰視圖；
[0031]圖10為內套筒的俯視圖；
[0032]圖11為上端蓋的俯視圖；
[0033]圖12為上端蓋的剖視圖；
[0034]圖13為端蓋的局部示意圖；
[0035]圖14為圖13的剖視圖；
[0036]圖15為下端蓋的局部示意圖；
[0037]圖16為圖15的剖視圖；
[0038]其中:1、鋸片；2、對稱變幅杆；3、第一螺釘；4、第一軸承；5、第一石墨電刷；6、第一絕緣環；7、第一環形電極；8、第二石墨電刷；9、彈簧；10、第二螺釘；11、第三螺釘；12、第四螺釘；13、刀柄連接杆；14、上端蓋；15、內套筒；16、螺栓；17、後蓋板；18、絕緣套；19、超聲波換能器；20、端蓋；21、快換插座；22、第二絕緣環；23、第二環形電極；24、前蓋板；25、外套筒；26、第一螺杆；27、第二軸承；28、限位螺釘；29、壓片；30、下端蓋；31、初級放大變幅杆；32、第二螺杆；33、槽；34、第一螺紋孔；35、第一通孔；36、第二通孔；37、第二螺紋孔；38、第三通孔；39、第三螺紋孔；40、限位螺孔；41、第四螺紋孔；42、第四通孔；43、第五通孔；44、第六通孔。【具體實施方式】
[0039]以下通過【具體實施方式】對本發明作進一步的描述。
[0040]參照圖1至圖16，一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，適用於多種工具機，包括刀柄連接杆13、內套筒15、外套筒25、超聲波換能器19、集流裝置、初級放大變幅杆31、對稱變幅杆2和鋸片I。該刀柄連接杆13採用的是非標準刀柄，其頂端通過彈簧夾與工具機的主軸連接(圖中未示出)，底端設有第一通孔35。上端蓋14上設有第四螺紋孔41和第四通孔42，第三螺釘11穿過刀柄連接杆13的第一通孔35與上端蓋14的第四螺紋孔41固定連接，第四螺釘12穿過上端蓋14的第四通孔42與內套筒15上的第三螺紋孔39固定連接，實現刀柄連接杆13帶動內套筒15同步轉動，採用孔軸配合以及平面配合方式是為了保證三者(刀柄連接杆13、上端蓋14、內套筒15)的旋轉軸線位於同一直線上，保證傳動精度。該內套筒15穿設於外套筒25內且與外套筒25為可轉動配合併與工具機主軸處於同一旋轉軸線上，內套筒15底部通過第一螺釘3穿過下端蓋30上的第五通孔43和壓片29與內套筒15底部的第二螺紋孔37鎖固連接。另外，內套筒15外壁和外套筒25內壁之間設有第一軸承4和第二軸承27，內套筒15外壁設有定位軸肩以便於安裝過程中的定位，該第一軸承4固定於外套筒臺階面底部與定位軸肩頂部之間，第二軸承27固定於定位軸肩底部。
[0041]該超聲波換能器19採用壓電陶瓷堆，其位於內套筒15內。後蓋板17和前蓋板24通過一螺栓16固定於超聲波換能器19上下兩端,該螺栓16外壁與超聲波換能器19之間還設有絕緣套18 ;內套筒15側壁設有第二通孔36和第三通孔38以供超聲波換能器19的連接線穿過；初級放大變幅杆31頂端通過第一螺杆26與前蓋板24固定相連，底端穿過下端蓋30。對稱變幅杆2通過第二螺杆32與初級放大變幅杆31底端固定連接。鋸片I通過雷射焊接於對稱變幅杆2的波腹處。內套筒15底部一側還開設有限位螺孔40，一限位螺釘28穿過該限位螺孔40與初級放大變幅杆31固定連接以阻止初級放大變幅杆31的周向轉動。
[0042]該集流裝置安裝於內套筒15外壁與外套筒25內壁之間，該集流裝置與超聲波換能器19電連接以將其接收到的高頻信號傳遞給超聲波換能器19。集流裝置包括第一環形電極7、第二環形電極23、第一絕緣環6、第二絕緣環22、第一石墨電刷5和第二石墨電刷8，該第一絕緣環6套設於內套筒15外壁，該第二絕緣環22套設於第一絕緣環6外壁。該第一環形電極7和第一石墨電刷5位於第一絕緣環6和第二絕緣環22頂端，該第二環形電極23和第二石墨電刷8位於第一絕緣環6和第二絕緣環22底端，且第一石墨電刷5和第二石墨電刷8分別位與第一環形電極7和第二環形電極23外壁接觸以實現信號傳導。該第一環形電極7和第二環形電極23分別與超聲波換能器19的正、負極電連接。
[0043]進一步的，外套筒25內壁和內套筒15外壁均設有支撐第二環形電極23和第二石墨電刷8的臺階面，外套筒25頂端還開設有第一螺紋孔34，並通過第二螺釘10穿過端蓋20的第六通孔44和該第一螺紋孔34以壓緊集流裝置，第一石墨電刷5和第二石墨電刷8外壁與外套筒25內壁之間均設有彈簧9以保證第一石墨電刷5和第二石墨電刷8與第一環形電極7和第二環形電極23接觸的可靠性。外套筒25側壁上還安裝有快換插座21，夕卜套筒25上對應設有容納並固定該快換插座21的槽33，該快換插座21用於連接超聲波發生器。
[0044]該外套筒25相對於工具機床身是靜止的，在外套筒25外壁還固定連接有若干拔叉(圖中未示出)，該拔叉的自由端通過固定塊與工具機床身連接以阻止外套筒25周向旋轉。另外，還可將外套筒25直接固定連接於工具機床身上。
[0045]開動工具機主軸，此時工具機的主軸旋轉，在其主軸的帶動彈簧夾連接的高精度刀柄連接杆13旋轉，高精度刀柄連接杆13又將旋轉運動傳遞給上端蓋14，上端蓋14再通過與內套筒15的連接，將旋轉運動傳遞給超聲波振動部件，從而帶動後蓋板17、壓電陶瓷堆19、前蓋板24、初級放大變幅杆31、絕緣套18、對稱變幅杆2、螺栓16、第一螺杆26，第二螺杆32和鋸片I的旋轉，從而實現了鋸片徑向超聲振動的鋸切硬脆性材料。而外套筒25，第一、第二石墨電刷5、8，端蓋20等則直接或者間接連接在工具機的床身上，在工作時保持固定不動。
[0046]本發明通過超聲波發生器產生高頻信號，經集流裝置傳遞給超聲波換能器19，並產生超聲振動，經初級放大變幅杆31放大，傳到對稱變幅杆2波腹位置產生一個徑向振動並作用在鋸片I上。本發明能夠與多種工具機實現柔性的對接，擴展了傳統工具機的加工應用，實現了超聲振動輔助鋸切硬脆性材料，解決了傳統鋸切硬脆性材料的鋸切力大、材料損耗大與崩邊嚴重等問題，具有廣闊的應用前景。
[0047]上述僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的設計構思並不局限於此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本發明保護範圍的行為。
【權利要求】
1.一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，適用於多種工具機，包括刀柄連接杆(13)，其特徵在於:還包括內套筒(15)、外套筒(25)、超聲波換能器(19)、集流裝置、初級放大變幅杆(31)、對稱變幅杆(2)和鋸片(I);該刀柄連接杆(13)頂端通過彈簧夾與工具機的主軸連接，底端通過上端蓋(14)與內套筒(15)固定連接以帶動內套筒(15)轉動；該內套筒(15)穿設於外套筒(25)內且與外套筒(25)為可轉動配合併與工具機主軸處於同一旋轉軸線上，內套筒(15)底部通過下端蓋(30)和壓片(29)進行鎖固；該超聲波換能器(19)位於內套筒(15)內，且連接有前蓋板(24)和後蓋板(17);該集流裝置安裝於內套筒(15)外壁與外套筒(25)內壁之間，該集流裝置與超聲波換能器(19)電連接以將其接收到的高頻信號傳遞給超聲波換能器(19);該初級放大變幅杆(31)頂端連接前蓋板(24)，底端穿過下端蓋(30)並與對稱變幅杆(2)固定連接；該對稱變幅杆(2)上固定有鋸片(I)。
2.如權利要求1所述的一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，其特徵在於:所述集流裝置包括第一環形電極(7)、第二環形電極(23)、第一絕緣環(6)、第二絕緣環(22)、第一石墨電刷(5)和第二石墨電刷(8)，該第一絕緣環(6)套設於內套筒(15)外壁，該第二絕緣環(22)套設於第一絕緣環(6)外壁；該第一環形電極(7)和第一石墨電刷(5)位於第一絕緣環(6)和第二絕 緣環(22)頂端，該第二環形電極(23)和第二石墨電刷(8)位於第一絕緣環(6)和第二絕緣環(22)底端，且第一石墨電刷(5)和第二石墨電刷(8)分別位與第一環形電極(7)和第二環形電極(23)外壁接觸以實現信號傳導；該第一環形電極(7)和第二環形電極(23)分別與超聲波換能器(19)電連接。
3.如權利要求2所述的一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，其特徵在於:所述外套筒(25)內壁和內套筒(15)外壁均設有支撐所述第二環形電極(23)和第二石墨電刷(8)的臺階面，所述外套筒(25)頂端還固定有端蓋(20)以壓緊集流裝置，所述第一石墨電刷(5)和所述第二石墨電刷(8)外壁與所述外套筒(25)內壁之間均設有彈簧(9)。
4.如權利要求3所述的一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，其特徵在於:所述內套筒(15)外壁和外套筒(25)內壁之間設有第一軸承(4)和第二軸承(27)，所述內套筒(15)外壁設有定位軸肩，該第一軸承(4)固定於所述臺階面底部與所述定位軸肩頂部之間，所述第二軸承(27)固定於所述定位軸肩底部。
5.如權利要求1所述的一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，其特徵在於:所述後蓋板(17)和前蓋板(24)通過一螺栓(16)固定於所述超聲波換能器(19)上下兩端，該螺栓(16)外壁與所述超聲波換能器(19)之間還設有絕緣套(18);所述內套筒(15)側壁設有第一通孔(36)和第二通孔(38)以供所述超聲波換能器(19)的連接線穿過；所述初級放大變幅杆(31)頂端通過第一螺杆與所述前蓋板(24)固定相連；所述對稱變幅杆(2)通過第二螺杆(38)與所述初級放大變幅杆(31)底端固定連接；所述鋸片(I)通過雷射焊接於對稱變幅杆⑵的波腹位置。
6.如權利要求1所述的一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，其特徵在於:所述內套筒(15)底部一側還開設有限位螺孔，一限位螺釘(28)穿過該限位螺孔與所述初級放大變幅杆(31)固定連接以阻止初級放大變幅杆(31)的周向轉動。
7.如權利要求1所述的一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，其特徵在於:所述外套筒(25)側壁上還安裝有快換插座(21)，所述外套筒(25)上對應設有容納並固定該快換插座的槽(33)。
8.如權利要求1所述的一種快換式超聲振動輔助鋸切裝置，其特徵在於:所述外套筒(25)外壁還固定連接有若干拔叉，該拔叉的自由端通過固定塊與工具機床身連接以阻止外套筒(25)周 向旋轉。
【文檔編號】B28D5/02GK103978560SQ201410227423
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】沈劍雲, 王江全, 徐西鵬 申請人:華僑大學