[發明專利]用于在刀具上產生旋轉超聲振動的裝置

在審

• 申請號: 201480026115.6
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN105531057A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: M·鮑爾;F·迪施特爾
• 申請（專利權）人: 慕尼黑科技大學
• 主分類號: B23B37/00
• 分類號: B23B37/00;B23B31/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;張昱

本發明涉及一種用于在刀具上產生旋轉超聲振動的裝置。具體 地，在旋轉刀具上利用該裝置在旋轉方向上產生超聲振動。

在不同的技術領域中，高性能的材料(例如像耐熱鎳基合金、鈦或 鉻-鈷合金，或者纖維增強塑料)被日益廣泛地使用。然而，高性能材 料不但對操作期間出現的負荷，而且對機加工操作帶來巨大阻力。在 這種背景下開發了混合機加工裝置，其中切屑的去除通過疊加超聲振 動來支持。

例如DE102008052326A1示出了使用壓電剪切振蕩器以用于產 生用于機加工目的的旋轉超聲振動。這里超聲振動在刀具的旋轉方向 上起作用。然而，壓電剪切振蕩器僅能產生非常小的振蕩幅度，同時 出現不希望的力流。

發明內容

本發明的目的是指出一種用于在刀具上產生旋轉超聲振動的裝 置，該裝置允許在刀具的旋轉方向上的刀具超聲振動，同時具有成本 有效的設計，且表現出低維護操作。

該目的通過獨立權利要求的特征實現。從屬權利要求涉及本發明 的有益改進。

因此，該目的通過用于在刀具上產生旋轉超聲振動的裝置實現。 該裝置包括第一部分。所述第一部分設計用于裝置與機床主軸的旋轉 固定連接。所述主軸圍繞旋轉軸線旋轉。此外，該裝置包括第二部分。 第二部分設計用于裝置與刀具的旋轉固定連接。這兩個部分(即，裝置 的第一部分和第二部分)經由爪式聯接器以旋轉固定方式彼此連接。所 述爪式聯接器設計為第一部分和第二部分的整體構件。爪式聯接器以 形狀配合的方式連接這兩個部分。所述形狀配合包括至少一個第一斜 面在第一部分上和至少一個第二斜面在第二部分上。所述兩個斜面彼 此相對，使得圍繞旋轉軸線的轉矩可從第一部分傳遞到第二部分。此 外，該裝置包括至少一個壓電振蕩元件。壓電振蕩元件定位在爪式聯 接器的兩個側面之間。當施加電壓至壓電振蕩元件時，所述元件將膨 脹或收縮。由此可產生圍繞旋轉軸線的旋轉超聲振動。借助于根據本 發明的裝置，一方面轉矩從機床的旋轉軸線傳遞到刀具，且另一方面 所述旋轉運動同時與超聲振動疊加。

根據本發明，因為刀具的旋轉運動與超聲振動疊加，故可以減少 機加工期間的切削力。這通過借助超聲振動中斷切削操作來完成。與 無超聲振動的傳統加工過程相比，這導致更有利的切屑形成。此外， 根據本發明的裝置允許對傳統上不能切削的材料或切削起來不經濟 的材料進行切削。由于切削力減小且出現減小的摩擦，故刀具磨損減 小。同時旋轉超聲振動允許工件上非常好的表面粗糙度和小的毛刺形 成。特別地，減小的刀具磨損允許刀具良好的尺寸穩定性。

優選地，第一部分包括在旋轉軸線方向上延伸的多個第一卡爪。 相應地，第二部分包括在旋轉軸線方向上延伸的多個第二卡爪。每個 第一卡爪包括兩個第一側面。每個第二卡爪包括兩個第二側面。第一 卡爪和第二卡爪在爪式聯接器上彼此咬合，以便轉矩在多個側面上且 因此在盡可能大的區域上從第一部分傳遞到第二部分。對于本領域技 術人員顯而易見的是，必須有至少一個第一側面和第二側面以用于傳 遞轉矩。在一個有利的構造中提供了具有相應的許多側面的多個卡 爪。因此，壓電振蕩元件優選在所有側面或多個側面之間使用。單個 壓電振蕩元件然后設置在第一側面和第二側面之間。

優選地設置為，至少一個壓電振蕩元件是厚度振蕩器，即，縱向 或橫向振蕩器。根據本發明，壓電振蕩元件設置在爪式聯接器的第一 側面和第二側面之間。因此有可能使用簡單的壓電振蕩元件，其在施 加電壓后將增加或減小其厚度。此處壓電振蕩元件優選地設置為使其 在與周向方向相切的方向上改變它們的厚度以用于產生旋轉超聲振 動。此處周向方向限定為圍繞主軸的旋轉軸線。因此，根據本發明不 需要使用剪切振蕩器。

當使用多個卡爪和多個壓電振蕩元件時，壓電振蕩元件優選地圍 繞旋轉軸線同心地設置。壓電振蕩元件優選地設置得離旋轉軸線盡可 能遠以施加盡可能大的轉矩。

優選地，所有使用的壓電振蕩元件關于它們的極性和接觸設置， 使得在產生旋轉超聲振動期間，可在相同方向上作用。因此壓電振蕩 元件不會相互干擾。

優選地，設置為使裝置的兩個部分經由至少一個張力元件互相連 接。所述張力元件優選地在旋轉軸線方向上延伸。特別地，張力元件 設置為與旋轉軸線同軸。該兩個部分優選地借助于張力元件螺紋連接 在一起。