[发明专利]一种超声波铣削装置及控制工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波铣削技术，具体说是一种工业实用性高的超声波铣削装置及控制工艺。

背景技术

铣削是当今常用的一种材料加工技术，其是指使用旋转的多刃刀具切削工件，是一种高效率的材料加工方法，铣削时刀具旋转(作主运动)，工件移动(作进给运动)；当然工件也可以固定，但此时旋转的刀具还必须移动(同时完成主运动和进给运动)。铣削用的机床有卧式铣床或立式铣床，也有大型的龙门铣床，这些机床可以是普通机床，也可以是数控机床。用旋转的铣刀作为刀具的切削加工，适于加工平面、沟槽、各种成形面(如花键、齿轮和螺纹)和模具的特殊形面等。

随着高速主轴技术和超声波电源技术的发展，集超声波高频振动和主轴高速旋转为一体的超声波铣削加工，被视为高精、高效加工的技术先锋，可应用于各种日常加工材料、难加工材料料和脆硬性材料的精细加工。

超声变幅杆是超声波振动系统中一个重要的组成部分，它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能，因此也称超声变速杆或超声聚能器。但是，另一方面，在超声波铣削中增加变幅杆，却又会降低工业实用性，首先变幅杆要根据超声波特性做倍数加长设计，那么铣削装置高速旋转部分的体积加大(尤其是长度)，不便于安装，也不利于其高速旋转；再者，变幅杆的存在会使整体的刚性会大大减弱，稳定性差；另外，用扭转振动或弯曲振动模式的换能器，其功率明显较小。

另外，现有技术中的超声波换能器与刀体的连接也不够稳定，其同样导致超声波铣削技术的工业实用性较低。

综上所述，现有的超声波铣削技术中，超声波铣削技术存在的问题是设备功率小，带负载能力弱，稳定性差，充其量是一种实验室产品，不能够实际使用。那么，如何做到克服上述问题并最终显著增高超声波铣削技术的工业实用性变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超声波铣削装置及控制工艺，其可以使整个设备的功率大、带负载能力强，稳定性强，并使其具有较高的工业实用性。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明的一种超声波铣削装置，包括刀体、超声波换能器和刀具，其中，所述的超声波换能器为接有导出电缆的圆柱体结构，其上半段的直径大于下半段的直径，中部以截锥体过渡，截锥体上端一体成型有第一法兰盘，这里，第一法兰盘的安装位置，正是超声波换能器的节点位置；所述刀体下端面设置有与所述第一法兰盘相适配的螺纹孔；所述刀具同心固定装配在所述超声波换能器的下端；所述刀体包括设置在其上端并与机床主轴配合的锥体、第二法兰盘以及拉杆安装腔，所述刀体下端还设置有与所述超声波换能器相适配的安装空腔，所述安装空腔的内壁与所述超声波换能器的外壁相接触，所述刀体下端外壁从上至下依次装配有轴承装置和供电装置，所述刀体上于装配供电装置处设置有电缆导出孔，所述超声波换能器与所述刀体同心固定装配在一起。

更进一步的，所述的超声波换能器为压电换能器，其上半段设置有后盖板和压电陶瓷，所述的超声波换能器的下半段上设置有刀具夹持部。

更进一步的，所述的刀具夹持部为自其下端面向上开设有孔径逐渐减小的开孔的圆柱体，所述超声波换能器通过ER弹簧夹头及ER紧固帽与所述刀具装配，所述开孔与所述ER弹簧夹头的尺寸相适配。

更进一步的，所述的供电装置为与所述刀体同心固定装配的环形碳刷供电装置，其包括包围在外层的正极保护套、负极保护片，所述正极保护套内自上而下、层层压紧设置有负极极环、第一电极隔离环、正极极环和第二电极隔离环，所述第一电极隔离环和第二电极隔离环与所述刀体固定装配，所述正极极环通过所述导出电缆与所述超声波换能器电连接，所述负极极环与所述轴承装置的的轴承挡圈相接触，所述负极极环、第一电极隔离环、正极极环和第二电极隔离环与所述正极保护套之间还设置有绝缘环，所述绝缘环固定装配在所述正极保护套和所述负极保护片之间，所述绝缘环外侧设置有互相绝缘的正极导电环和负极导电环，所述绝缘环上固定设置有四个碳刷，所述碳刷的前端分别与所述正极极环和所述负极极环摩擦连接，尾端对应与所述正极导电环和负极导电环相连，所述正极导电环和负极导电环分别和设置在所述正极保护套上的航插电连接；所述正极保护套、负极保护片及绝缘环与所述负极极环、第一电极隔离环、正极极环及第二电极隔离环间隙配合；所述负极保护片、绝缘环与所述轴承装置的轴承套筒固定装配，所述第二电极隔离环下方设置有与其下端面接触的锁紧螺母，所述刀体上设置有与所述锁紧螺母相适配的外螺纹。