[發明專利]一種縱向激勵式超聲振動銑削刀柄裝置

在審

• 申請號: 201610048459.8
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105522211A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 張德遠;辛文龍;劉佳佳;姜興剛;秦威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23C5/26
• 分類號: B23C5/26
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域：

本發明提供一種縱向激勵式超聲振動銑削刀柄裝置，它涉及一種縱向激勵式超聲振動銑 削刀柄，可安裝于傳統銑削設備上，對材料實現超聲振動銑削加工。屬于超聲振動銑削技術 領域。

背景技術：

隨著航空航天事業的快速發展，對飛行器的性能要求也不斷提高，現代飛行器在保證滿 足飛行器所要求的強度與剛度等設計性能要求的情況下，減輕結構重量、提高飛機結構的整 體性是必然發展趨勢，采用鈦合金、復合材料等材料的薄壁結構件具有高強度、重量輕、高 承載等特點，在航空航天領域得到了越來越廣泛的應用。在薄壁零件加工過程中面臨由于切 削力大、切削溫度高以及顫振等因素的影響，導致的零件加工精度低、效率低、刀具壽命低 以及零件表面質量差等問題，甚至整個工件的報廢，嚴重影響加工效率。因此，高精度、高 質量以及高效率的加工技術已成為航空航天領域的迫切需求。

超聲振動切削屬于高頻斷續切削，相對于傳統切削有很多優勢：顯著降低切削力、提高 加工精度和表面質量、抑制顫振、減小殘余應力抑制加工變形、延長刀具壽命等。超聲振動 銑削技術屬于先進加工制造技術，多應用于航空航天制造領域。超聲振動銑削技術應用到鈦 合金薄壁銑削、陶瓷等硬脆材料以及復合材料加工中，方式能夠顯著降低切削力、減小讓刀 變形、提高加工精度、抑制加工顫振、提高加工質量以及延長刀具壽命等；對于復材加工可 以顯著減少材料分層、撕裂、起毛等加工缺陷的產生，提高加工質量。

國內外對于超聲銑削技術的研究很少，大多數是將工件驅動起來，令工件進行振動，并 且現有的超聲銑削設備多為大型超聲機床，價格昂貴，且大多面向復材、玻璃等硬脆材料的 加工。

發明內容：

本發明的目的是提供一種縱向激勵式超聲振動銑削刀柄裝置，它是一種小型化、高剛性 的，可安裝于常用普通銑削設備的超聲刀柄，以提升普通銑削機床的加工能力及加工范圍， 對多種材料實現超聲振動銑削加工，充分發揮超聲振動銑削加工的優良特性，提高零件的加 工精度、質量和效率。

技術方案：

為實現上述目的，本發明技術方案如下：

本發明一種縱向激勵式超聲振動銑削刀柄裝置，主要包括：導電滑環，超聲振動銑削換 能器，非標BT50刀柄以及連接固定所需標準的M3和M4螺栓。它們相互之間的連接關系是： 超聲振動銑削換能器通過法蘭與非標BT50刀柄通過標準的M4螺栓進行連接，最后將導電 滑環用標準的M3的螺栓固定在非標BT50刀柄上。

所述導電滑環是中部設有圓孔且有供電輸入、輸出端口的圓盤形件，其功能是給高速旋 轉中的超聲刀柄提供激勵電壓；導電滑環包括轉子和定子，導電滑環定子設有定子固定部位， 間接固定在機床主軸外殼上，不旋轉，從而實現了回轉供電。該定子固定部位是將導電滑環 定子直徑方向伸出一部分，并在上面設有6個通孔，用于通過標準的M3的螺栓將導電滑環 固定到非標BT50刀柄上面。

所述超聲振動銑削換能器是由非標銑刀、前蓋板、陶瓷堆、后蓋板以及緊固螺栓組成。 它們的連接關系是非標銑刀通過螺紋的連接方式連接到前蓋板上，然后前蓋板、陶瓷堆和后 蓋板通過緊固螺栓連接起來。

該非標銑刀是將標準的硬質合金銑刀末端熱裝螺紋頭，用于與前蓋板螺紋孔進行連接， 該連接方式拆裝方便而且不易產生掉刀；此外該非標銑刀相當于超聲振動銑削換能器的變幅 桿。

該前蓋板設有前蓋板法蘭，且前蓋板法蘭上面開有通孔，用于與非標BT50刀柄的法蘭 連接部位配合連接，將超聲振動銑削換能器很好的刀固定在非標BT50刀柄上；該前蓋板法 蘭上面還開有通氣孔，用于超聲振動銑削換能器的冷卻，解決超聲振動銑削換能器的發熱問 題。該超聲振動銑削換能器發熱問題的解決是通過機床主軸中心出氣、非標BT50刀柄以及 超聲振動銑削換能器前蓋板的通氣孔三個位置實現的，其實現方式為：機床主軸中心出來的 氣體，通過非標BT50刀柄內部的空腔吹到超聲振動銑削換能器上面，然后氣體從超聲振動 銑削換能器前蓋板的通氣孔吹出，從而氣體將超聲振動銑削換能器的熱量帶走，實現超聲振 動銑削換能器的冷卻，解決了超聲振動銑削換能器的發熱問題。

該陶瓷堆是由壓電陶瓷片和銅電極構成，將四片縱向極化的壓電陶瓷片，按照相鄰兩片 壓電陶瓷片極化方向相反布置，將銅電極放置到兩片壓電陶瓷片之間，用于向壓電陶瓷片加 載電壓。