[发明专利]一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀及其使用方法

权利要求书

1.一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀，其特征在于，包括超声振动换能器、曲线刃尖形刀具；

超声振动换能器包括：螺栓、后盖板、压电陶瓷、一级变幅杆、二级变幅杆；螺栓依次穿过后盖板、压电陶瓷和一级变幅杆，并通过螺栓同轴压紧，二级变幅杆设置在一级变幅杆前端；

曲线刃尖形刀具设置在二级变幅杆前端，曲线刃尖形刀具的刀刃采用函数曲线形状设计，设曲线刃尖形刀具轴向为y轴，刀刃两端点连线为x轴，刀刃关于y轴左右对称，将曲线刃尖形刀具在XoY平面进行投影，在第一象限内，曲线刃尖形刀具的刀刃曲线方程为：

A、B、n、C_N、d、b、r为非负实数，m、k、s为负实数，N、M为正整数；

采用上述的具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀切割蜂窝材料时，通过改变M、A、B、n、C_N、d、b、s、m、k、r来改变曲线的形状，增大切割合力F_N与切割方向间的夹角α，从而减小切割方向的切割力F_h；

曲线刃尖形刀具截面有对称的曲形结构；取刀具高度为H(M+B)/A处的截面，设曲线刃尖形刀具截面左右两端点连线为x轴，截面关于x轴上下对称，关于y轴左右对称，在第一象限内曲线刃尖形刀具截面的方程为：

q、i为非负实数，p、j为负实数，

采用上述的具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀切割蜂窝材料时，通过改变p、q、j、i来改变曲线的形状，减小刃面夹角γ，从而增大切割蜂窝材料时的压强；增大切割合力与切割方向间的夹角，从而减小切割方向的切割力。

2.根据权利要求1所述的一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀，其特征在于，所述的二级变幅杆与曲线刃尖形刀具通过螺纹联接。

3.根据权利要求1所述的一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀，其特征在于，所述的曲线刃尖形刀具的刀刃和基座连接部分均设置有倒角。

4.根据权利要求1所述的一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀，其特征在于，所述的一级变幅杆前端的直径大于所述的二级变幅杆前端的直径。

5.根据权利要求1所述的一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀，其特征在于，一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀的工作频率在15kHz-75kHz。

6.根据权利要求1所述的一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀，其特征在于，所述的二级变幅杆设置有扳手槽，便于曲线刃尖形刀具的装卸。

7.根据权利要求1所述的一种具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀，其特征在于，使用方法包括以下步骤：

步骤一、选择曲线刃尖形刀具：根据所加工蜂窝材料种类、孔格尺寸，选择合适M、A、B、n、C_N、d、b、s、m、k、r的数值，使得若干个椭圆于上顶点相交，并有一条过这些椭圆交点的对数曲线取其上半部分组成刀具刀刃的曲线外轮廓；

步骤二、将具有曲线刃尖形刀具的超声振动切割刀安装在机床上，并调整其工作频率以及超声振动幅度；

步骤三、打开机床电源，数控系统启动完成后，操作机床，把超声振动切割刀调回机床坐标原点；

步骤四、将蜂窝材料固定在工作台上；

步骤五、在数控系统中编制蜂窝材料加工程序并保存：设置超声振动切割刀刀倾角为θ＝π/A-π/B-nπ，避免刀倾角过小导致切割过程中蜂窝材料被重复切割，同时设置切割速度V_e＝2πfAcos(θ+nπ)，切割过程为断续切割，根据加工要求设置切割轨迹；

步骤六、进行蜂窝材料加工：打开超声波发生器电源，超声振动切割刀按设置的切割轨迹进行切割，待程序完成后，超声振动切割刀退出加工区域；

步骤七、加工完成后，超声振动切割刀暂停工作并回到机床原点。