[实用新型]双频率多模态超声刀柄

说明书

本实用新型公开了一种双频率多模态超声刀柄，其包括刀柄外壳、变幅杆、压电陶瓷组件、安装法兰、压帽、弹性夹头和刀具。所述变幅杆的前端设有工具安装位，尾端设有组件安装位，该安装法兰固定在所述变幅杆上。所述工具安装位与所述安装法兰之间的距离与组件安装位与所述安装法兰之间的距离之比为3：1，通过装夹法兰位置的确定，实现了高频振动模态和低频振动模态独立工作时，都能够较好的解耦，降低了传递至超声刀柄外壳的振动，减小了噪声；通过装夹法兰位置和U形槽的设计，兼顾了低频谐振频率几何结构的调节，使得在具有相同几何结构下，同时满足高频105~115kHz与低频32~42kHz的谐振频率下半波长整数倍关系。

技术领域

本实用新型涉及超声刀柄技术领域，特别涉及一种双频率多模态超声刀柄。

背景技术

传统超声刀柄在超声加工领域所用的工作频率范围处于15kHz-40kHz范围内，总体上频率范围较低，且工作频率和模态单一，由于转速和进给速度的限制，超声加工工艺参数可调节选择的范围有限。

刀具末端产生的高频振动，对工件材料冲击造成微观应变率效应，使得动态断裂韧性强化，材料有利于塑性去除，降低微裂纹拓展深度。但低频振动，单位时间内的超声能量不足，工件材料动态断裂韧性强化效应较弱，材料粉末破碎和微裂纹深入工件内部，已加工区域内部损伤程度高。刀具与工件的振动分离效应不明显，进给速度增加时，刀具容易与工件材料持续接触。在微观层面高频振荡分离瞬时特性消失，润滑扩散和液体空化效应受到抑制，降低了刀具寿命，切削力没有明显减小。为此，需要研发一种具有双频率，为加工工艺的优化，材料去除应变率，振动分离效应提供更高的临界振动速度，有利于强化材料动态断裂韧性，材料去除的趋肤效应更加明显，改善加工质量和提升效率的超声刀柄。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型的目的在于，提供一种结构设计合理，具有两种工作谐振频率的双频率多模态超声刀柄。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案为：一种双频率多模态超声刀柄，其包括刀柄外壳、变幅杆、压电陶瓷组件和安装法兰，所述变幅杆的前端设有工具安装位，尾端设有组件安装位，该安装法兰固定在所述变幅杆上，且所述工具安装位与所述安装法兰之间的距离与组件安装位与所述安装法兰之间的距离之比为3：1，通过装夹法兰位置的确定，实现了高频振动模态和低频振动模态独立工作时，都能够较好的解耦，降低了传递至超声刀柄外壳的振动，减小了噪声。所述安装法兰的背面靠近变幅杆的位置设有U形槽，形成U型槽结构。使得其在105～115kHz范围工作谐振频率下，装夹法兰出现的振幅尽可能小，最大程度上降低传递至刀柄外壳的振动。从而减小刀柄安装至主轴时产生的噪声，改善高速振动下的动平衡特性，提高刀具定位和加工精度。所述压电陶瓷组件安装在所述组件安装位上，所述变幅杆通过安装法兰安装在所述刀柄外壳上。

作为本实用新型的一种优选方案，所述刀柄外壳的外壁上设有安装环，对应所述安装环的前方位置于所述刀柄外壳的外壁上设有环状槽。通过安装环与加工机床的安装位进行配合，使得超声刀柄能够精确定位安装在加工机床安装上，利于精密制造加工。加设有环状槽，能有效地减少了超声能量向加工机床的安装位方向扩散，确保了超声能量有效传递到工具头上，提升加工效果。

作为本实用新型的一种优选方案，其还包括压帽、弹性夹头和刀具，所述工具安装位上设有与所述弹性夹头相适配的装配夹口，所述弹性夹头位于所述装配夹口上，所述刀具插位在所述弹性夹头上，所述压帽套设在所述工具安装位上，并迫使所述弹性夹头将所述刀具夹住。所述变幅杆的前端设有外螺纹，所述压帽的内壁上设有与所述外螺纹相适配的内螺纹。旋转压帽迫使弹性夹头将所述刀具压紧，实现夹紧固定刀具的目的，安装简单、方便。