[发明专利]一种纵扭弯耦合三维超声刀柄装置

说明书

本发明公开了一种纵扭弯耦合三维超声刀柄装置，包括拉钉、刀柄壳、三维超声换能器、压帽、立铣刀和弹簧夹头。三维超声换能器里包含的三组压电陶瓷片所产生的机械变形均通过纵扭弯耦合变幅杆进行放大聚能以及转化为扭振和弯振来实现输出端的三维超声振动，最终传递到立铣刀末端。本发明通过超声电源输出的超声电信号分别输入设计双通道无线输电环结构、纵弯振动换能器结构以及纵扭弯耦合变幅杆结构，进而实现了刀柄纵扭弯耦合三维超声振动，适用于复杂工况下难加工材料的特种加工，达到降低切削力、切削热、提高了表面加工质量以及刀具延寿等目的。

技术领域

本发明涉及航空航天难加工材料超声辅助加工技术领域，具体涉及一种纵扭弯耦合三维超声刀柄装置。

背景技术

随着航空航天行业的高速发展，对于航空航天领域典型材料如碳纤维复合材料的的需求日益旺盛。但与此同时典型材料所具有的高强度、易脆性和复杂结构等难加工特性，传统加工技术方法难以满足其典型材料零部件的生产加工。因此，超声振动辅助加工作为非传统加工技术的方法，以断续切削机理为主导，具有切削力小、切削热低、刀具延寿、表面加工质量高等特点，适用于钻削、铣削、车削等特种加工。

现有市场常用产品为一维纵向超声振动装置和二维纵扭超声振动装置，目前暂无三维超声振动装置。一维纵向或二维纵扭超声振动装置在面对复杂工况下无法满足多形式加工，且对于材料的切屑形态难以进行调控。

发明内容

本发明的目的是提供一种纵扭弯耦合三维超声刀柄装置，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种纵扭弯耦合三维超声刀柄装置，包括拉钉、刀柄壳、三维超声换能器、压帽、立铣刀和弹簧夹头。

所述刀柄壳的上端与拉钉固定，下端开设有供三维超声换能器安装的空腔。

所述刀柄壳的外壁上套设并固定有相互间隔的无线输电接收整圆环Ⅰ和无线输电接收整圆环Ⅱ，无线输电接收整圆环Ⅰ和无线输电接收整圆环Ⅱ内均埋有副线圈。

所述三维超声换能器包括预紧螺栓、后盖板、第一组弯曲压电陶瓷片、第一绝缘垫片、第二组弯曲压电陶瓷片、第二绝缘垫片、第三组纵振压电陶瓷片和纵扭弯耦合变幅杆。

从上到下，所述后盖板、第一组弯曲压电陶瓷片、第一绝缘垫片、第二组弯曲压电陶瓷片、第二绝缘垫片、第三组纵振压电陶瓷片和纵扭弯耦合变幅杆依次叠放，预紧螺栓穿过后盖板、第一组弯曲压电陶瓷片、第一绝缘垫片、第二组弯曲压电陶瓷片、第二绝缘垫片和第三组纵振压电陶瓷片并旋入纵扭弯耦合变幅杆。

所述第一组弯曲压电陶瓷片和第二组弯曲压电陶瓷片均与无线输电接收整圆环Ⅰ的副线圈连接，第三组纵振压电陶瓷片与无线输电接收整圆环Ⅱ的副线圈连接。

所述纵扭弯耦合变幅杆包括从上到下依次连接的第一圆柱段、第一圆台段、第二圆柱段、第二圆台段、第三圆柱段和连接头。

所述第一圆柱段的上端面的中心处开设有螺纹孔，预紧螺栓的下端旋入螺纹孔。

所述第一圆柱段的下端与第一圆台段的大径端连接，纵扭弯耦合变幅杆位于第一圆台段与第二圆柱段连接处的外壁上连接有法兰盘，法兰盘与刀柄壳连接。

所述第二圆柱段、第二圆台段、第三圆柱段和连接头均伸出刀柄壳，第二圆柱段上开设有若干螺纹槽，螺纹槽贯穿第二圆柱段的两端。

所述第二圆台段的小径端与第二圆柱段连接，第二圆台段上开设有弯振孔，弯振孔的轴线与第二圆台段的轴线垂直且贯穿第二圆台段。

所述纵扭弯耦合变幅杆的下端开设有弹簧夹头槽，弹簧夹头槽的上端延伸至第三圆柱段内部，下端贯穿连接头的下端面。所述弹簧夹头安装到弹簧夹头槽内。

所述立铣刀的尖部朝下，立铣刀的上端插入弹簧夹头并通过压帽紧固。