[实用新型]一种超声振动切削刀柄

说明书

本实用新型公开了一种超声振动切削刀柄，包括超声辅助切削振动系统和锥柄；所述超声辅助切削振动系统包括超声波换能器；绝缘套以及整体超硬刀具刀杆，其位于所述超声变幅杆前端；所述超声变幅杆前端与所述整体超硬刀具刀杆通过热装过盈配合连接。本实用新型公布了一种采用修形整体超硬刀具刀杆与修形超声变幅杆热装过盈连接，解决了连接处存在的应力集中，消除了在高频或大振幅超声振动下，整体超硬刀具容易发生断裂或碎裂问题。同时由于仅采用一次配合面连接，刀具的装配精度高，实现了整体超硬刀具刀杆高频或大振幅超声切削加工的高精度可靠连接。

技术领域

本实用新型属于超声加工技术领域，尤其涉及一种超声振动切削刀柄。

背景技术

近些年来，新型高性能材料，如高温合金、钛合金、高强度钢、复合材料等先进材料由于其优良的性能，在航空航天等领域得到越来越广泛的应用。这些材料在加工中表现出加工硬度大、切削力大、切削温度高、刀具磨损严重、加工效率低、加工质量不理想等加工问题，属于典型的难加工材料。加工这类材料使用的刀具主要为硬质合金刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具等超硬刀具，主要有超硬刀片和整体超硬刀具两类。超硬刀片主要由硬质合金、金刚石、立方氮化硼等材料制成，主要用在机夹刀具上。整体超硬刀具主要有整体硬质合金及其涂层刀具等，主要是小尺寸的刀具。目前仅采用超硬刀具进行难加工材料的加工已经不能满足高端制造业对零件高质量、高精度和和高效率的加工要求。

超声辅助切削加工技术是利用传统切削加工与高频超声振动复合形成的一种新的加工技术。这种加工技术主要通过机械切削作用、高频微撞击作用以及超声空化作用实现材料的去除。由于超声振动的引入，改变了材料的去除机理，降低了工件与刀具之间的摩擦力，断续接触减小了刀具与工件的作用时间，减小了切削力，降低了刀具磨损，提高了加工表面质量，满足高精度、高质量和高效率的零件加工要求。大量理论与试验研究发现，超声辅助切削加工高温合金、钛合金、复合材料等难加工材料能够获得更好的加工质量与精度，大大降低了刀具磨损，提高了加工效率。

采用整体超硬刀具进行难加工材料超声辅助切削时，刀具与超声变幅杆连接的好坏决定了超声辅助切削振动系统的工作性能，而超声辅助切削振动系统是实现超声辅助加工的关键，同时是超声振动切削刀柄的核心组成部分。目前在超声振动切削刀柄中，整体超硬刀具与超声变幅杆常用的连接方式主要有弹簧夹头连接和热装过盈配合连接两种方式。

专利CN201710143450公开了一种超声振动铣削、钻削装置，在此装置中整体硬质合金刀具与超声变幅杆采用了弹簧夹头连接方式，此种连接方式优点在于结构简单、自动定位夹紧，装卸更换刀具方便。但这种连接方式存在刀具装配精度低，工作过程中易发热，造成超声能量损失，超声能量传递效率低；提供的夹持力相对较小，刀具的承载能力较小；连接处存在应力集中，刀具在高频或大振幅超声振动下容易发生断裂或碎裂。

专利CN201811307405公开了一种热装式超磁致伸缩超声刀柄，整体硬质合金刀具与超声变幅杆采用了热装过盈配合的连接方式，相比于弹簧夹头连接，具有更高的配合精度和超声能量传递效率。但由于连接处存在应力集中，刀具在高频超声振动下容易发生断裂或碎裂，存在连接可靠性问题。

专利CN201610048459公开的纵向激励式超声振动铣削刀柄装置中，将标准的硬质合金铣刀末端热装螺纹头，在超声变幅杆加工相匹配的螺纹孔，实现整体硬质合金刀具与超声变幅杆的连接。相比于普通热装过盈连接，此连接方式更方便刀具的安装和拆卸，但是由于经过螺纹和热装两次连接，降低了配合精度，增加了超声能量损耗。同样连接处存在应力集中问题，不适合在高频或大振幅超声振动下工作。

实用新型内容

根据上述在采用整体超硬刀具进行难加工材料超声辅助切削加工时，目前的超声振动切削刀柄存在超声能量传递效率低、刀具在高频或大振幅超声振动下容易发生断裂或碎裂等问题。本实用新型公开了一种用于难加工材料切削，高精度、高可靠性、大承载和高效超声能量传递的超声辅助切削振动系统及应用。