[发明专利]一种纵向激励式超声振动铣削刀柄装置

说明书

技术领域：

本发明提供一种纵向激励式超声振动铣削刀柄装置，它涉及一种纵向激励式超声振动铣 削刀柄，可安装于传统铣削设备上，对材料实现超声振动铣削加工。属于超声振动铣削技术 领域。

背景技术：

随着航空航天事业的快速发展，对飞行器的性能要求也不断提高，现代飞行器在保证满 足飞行器所要求的强度与刚度等设计性能要求的情况下，减轻结构重量、提高飞机结构的整 体性是必然发展趋势，采用钛合金、复合材料等材料的薄壁结构件具有高强度、重量轻、高 承载等特点，在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。在薄壁零件加工过程中面临由于切 削力大、切削温度高以及颤振等因素的影响，导致的零件加工精度低、效率低、刀具寿命低 以及零件表面质量差等问题，甚至整个工件的报废，严重影响加工效率。因此，高精度、高 质量以及高效率的加工技术已成为航空航天领域的迫切需求。

超声振动切削属于高频断续切削，相对于传统切削有很多优势：显著降低切削力、提高 加工精度和表面质量、抑制颤振、减小残余应力抑制加工变形、延长刀具寿命等。超声振动 铣削技术属于先进加工制造技术，多应用于航空航天制造领域。超声振动铣削技术应用到钛 合金薄壁铣削、陶瓷等硬脆材料以及复合材料加工中，方式能够显著降低切削力、减小让刀 变形、提高加工精度、抑制加工颤振、提高加工质量以及延长刀具寿命等；对于复材加工可 以显著减少材料分层、撕裂、起毛等加工缺陷的产生，提高加工质量。

国内外对于超声铣削技术的研究很少，大多数是将工件驱动起来，令工件进行振动，并 且现有的超声铣削设备多为大型超声机床，价格昂贵，且大多面向复材、玻璃等硬脆材料的 加工。

发明内容：

本发明的目的是提供一种纵向激励式超声振动铣削刀柄装置，它是一种小型化、高刚性 的，可安装于常用普通铣削设备的超声刀柄，以提升普通铣削机床的加工能力及加工范围， 对多种材料实现超声振动铣削加工，充分发挥超声振动铣削加工的优良特性，提高零件的加 工精度、质量和效率。

技术方案：

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

本发明一种纵向激励式超声振动铣削刀柄装置，主要包括：导电滑环，超声振动铣削换 能器，非标BT50刀柄以及连接固定所需标准的M3和M4螺栓。它们相互之间的连接关系是： 超声振动铣削换能器通过法兰与非标BT50刀柄通过标准的M4螺栓进行连接，最后将导电 滑环用标准的M3的螺栓固定在非标BT50刀柄上。

所述导电滑环是中部设有圆孔且有供电输入、输出端口的圆盘形件，其功能是给高速旋 转中的超声刀柄提供激励电压；导电滑环包括转子和定子，导电滑环定子设有定子固定部位， 间接固定在机床主轴外壳上，不旋转，从而实现了回转供电。该定子固定部位是将导电滑环 定子直径方向伸出一部分，并在上面设有6个通孔，用于通过标准的M3的螺栓将导电滑环 固定到非标BT50刀柄上面。

所述超声振动铣削换能器是由非标铣刀、前盖板、陶瓷堆、后盖板以及紧固螺栓组成。 它们的连接关系是非标铣刀通过螺纹的连接方式连接到前盖板上，然后前盖板、陶瓷堆和后 盖板通过紧固螺栓连接起来。

该非标铣刀是将标准的硬质合金铣刀末端热装螺纹头，用于与前盖板螺纹孔进行连接， 该连接方式拆装方便而且不易产生掉刀；此外该非标铣刀相当于超声振动铣削换能器的变幅 杆。

该前盖板设有前盖板法兰，且前盖板法兰上面开有通孔，用于与非标BT50刀柄的法兰 连接部位配合连接，将超声振动铣削换能器很好的刀固定在非标BT50刀柄上；该前盖板法 兰上面还开有通气孔，用于超声振动铣削换能器的冷却，解决超声振动铣削换能器的发热问 题。该超声振动铣削换能器发热问题的解决是通过机床主轴中心出气、非标BT50刀柄以及 超声振动铣削换能器前盖板的通气孔三个位置实现的，其实现方式为：机床主轴中心出来的 气体，通过非标BT50刀柄内部的空腔吹到超声振动铣削换能器上面，然后气体从超声振动 铣削换能器前盖板的通气孔吹出，从而气体将超声振动铣削换能器的热量带走，实现超声振 动铣削换能器的冷却，解决了超声振动铣削换能器的发热问题。

该陶瓷堆是由压电陶瓷片和铜电极构成，将四片纵向极化的压电陶瓷片，按照相邻两片 压电陶瓷片极化方向相反布置，将铜电极放置到两片压电陶瓷片之间，用于向压电陶瓷片加 载电压。