[发明专利]一种用于蜂窝芯超声切削系统的变幅杆

说明书

本发明公开了一种用于蜂窝芯超声切削系统的变幅杆，其特征在于，包括变幅杆内冷连接螺钉，超声切削变幅杆连接座、快换式超声切削变幅杆芯和超声切削刀具。本发明从超声切削实际出发，在满足蜂窝芯超声切削高质高效加工需求的同时，具有拆卸方便互换性强等优点，可提高蜂窝芯超声切削的加工效率和自动化水平。

技术领域

本发明涉及一种用于蜂窝芯超声切削系统的变幅杆，属于蜂窝芯材料超声切削加工领域。

背景技术

蜂窝芯材料作为一种轻质高强的填充材料，常被应用于航空航天领域。蜂窝芯材料的超声切削具有加工效率高，加工后表面质量好等特点，相对传统的高速铣削方法具有明显的加工优势。

蜂窝芯材超声切削工艺的实现离不开超声切削变幅杆。在具体切割过程中，超声切削变幅杆将换能器的超声振动进行放大，进而驱动变幅杆前端连接的超声切削刀具，实现蜂窝芯材料的超声切削加工。相对于传统的超声辅助磨削、超声辅助钻削和超声辅助铣削等超声振动系统，超声切削系统的刀具振幅要求极高，往往是其它超声辅助加工系统振幅的5～10倍以上，这对超声振动系统变幅杆的设计提出了极高的要求和挑战。除此之外，超声切削振动系统还有系统稳定性要求高、装夹精度要求高等特点。

因此，用于超声切削系统的变幅杆和传统变幅杆相比，有如下特点：

超声切削变幅杆的振幅要求高：与传统的超声车削、超声磨削、超声钻削、超声焊接与喷丸加工的数微米振幅需求不同，超声切削的振幅是传统超声加工振幅大小的5～10倍，在超声换能器输出振动振幅一定的前提下，要求超声变幅杆的放大倍数要高于传统变幅杆振动放大倍数的5～10倍，从而实现超声刀具几十微米的大振幅输出，完成蜂窝芯材料的超声切削加工。现有变幅杆由于振幅小，不能直接应用于蜂窝芯的超声切削。如何将换能器产生的数微米的超声振动进行高倍放大，是超声切削变幅杆不同于传统超声变幅杆的设计难点；

传统的超声变幅杆常采用整体式变幅杆结构，由于不同的刀具负载对于超声变幅杆的谐振状态影响较大，这种整体式变幅杆无法同时满足更换不同刀具的使用需求；尤其在蜂窝芯超声切削领域，为实现特定结构的加工，常用到不同规格的圆片刀和直刃尖刀等超声刀具，需要多把刀具配合使用，才能实现最终的蜂窝芯材料加工。由于刀具的形状和规格差异较大，如果沿用传统的整体式变幅杆设计，需要针对于每种超声刀具规格，分别设计不同的变幅杆从而组成不同的超声振动系统；而多振动系统的设计使得振动系统的制造成本成倍增加；同时整体式变幅杆为了实现不同超声刀具的转换，只能对于整个超声振动系统进行更换。而对于超声振动系统的更换需要设计专用的复杂的机械和电气结构才能实现，进一步增加了系统的设计难度和制造成本。多振动系统间的更换降低了加工效率和系统的稳定性，从而限制了超声切削的自动化水平。

超声切削变幅杆在其实际使用过程中所面对的其它问题：包括如何在保证超声切削刀具稳定可靠、高精度装夹的同时，不影响超声振幅的有效传递，是超声切削变幅杆需要考虑的问题。此外超声切削变幅杆在数十微米的大振幅条件下，刀具连接面间会出现严重的发热现象，如何进行散热，保证系统的稳定工作也是超声切削变幅杆的设计难点。此外超声切削变幅杆还需要考虑结构隔振等问题，这些问题都为超声切削变幅杆的设计带来了严峻的挑战。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用于蜂窝芯超声切削系统的变幅杆，其为具备大振幅输出能力的考虑不同振动系统间互换性要求的蜂窝芯超声切削变幅杆，解决了传统超声加工系统无法切削蜂窝芯材料的难题，提高了超声切削的自动化水平。

本发明采用的技术手段如下：

一种用于蜂窝芯超声切削系统的变幅杆，包括变幅杆内冷连接螺钉，超声切削变幅杆连接座、快换式超声切削变幅杆芯和超声切削刀具；

所述变幅杆内冷连接螺钉呈圆柱形，其内部具有沿所述变幅杆内冷连接螺钉的轴线贯穿所述变幅杆内冷连接螺钉两端的内冷连接腔，所述变幅杆内冷连接螺钉的外壁具有内冷连接螺钉螺纹；