本發(fā)明涉及超聲振動(dòng)加工，特別涉及一種縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的縱扭復(fù)合超聲刀柄一般都是通過(guò)變幅桿處增加斜槽或者螺旋槽以至于讓一部分的縱振振幅轉(zhuǎn)變?yōu)榕ふ?。其在加工時(shí)縱振與扭振的比例是固定的，大小只能通過(guò)調(diào)整縱振功率而變化，且扭轉(zhuǎn)的角度和振幅比較有限，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的超聲加工需求；同時(shí)斜槽的存在會(huì)減少超聲刀柄結(jié)構(gòu)承受負(fù)載的疲勞，更容易出現(xiàn)暗裂和斷開(kāi)。

2、在中國(guó)專(zhuān)利cn102294323a中公開(kāi)了一種單激勵(lì)縱-扭復(fù)合振動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，包括第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器，所述第一轉(zhuǎn)換器的一端和第二轉(zhuǎn)換器一端通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)的方式頂壓配合，第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)有軸向固定機(jī)構(gòu)。其主要通過(guò)類(lèi)似榫卯結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)換，使得縱振在因結(jié)構(gòu)變化部分轉(zhuǎn)換成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

3、上述方案中，雖然縱振功率可以調(diào)節(jié)，但由于扭振的生成依賴(lài)于縱振的轉(zhuǎn)換，單獨(dú)調(diào)節(jié)扭振的能力受限。從而導(dǎo)致在需要獨(dú)立控制扭振和縱振以?xún)?yōu)化特定加工任務(wù)的情況下，系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。同時(shí)，由于物理結(jié)構(gòu)的限制，扭轉(zhuǎn)的角度和振幅比較有限。限制了其在處理一些需要大扭矩或大幅振動(dòng)的加工任務(wù)時(shí)的有效性。

4、在中國(guó)專(zhuān)利cn104014836a中公開(kāi)了一種縱扭復(fù)合超聲振動(dòng)切削裝置，包括同軸設(shè)置的加工刀具、超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)和裝夾錐柄，超聲振動(dòng)縱扭主軸系統(tǒng)由預(yù)緊螺栓、定位卡盤(pán)、電極片、絕緣片、絕緣套、壓電陶瓷片、扭轉(zhuǎn)變幅體、變幅桿及集流環(huán)組成，所述加工刀具固定在變幅桿的底部，裝夾錐柄固定在定位卡盤(pán)的頂部。其主要通過(guò)使用一個(gè)斜槽加工的變幅體作為一個(gè)轉(zhuǎn)換器，將縱振通過(guò)斜槽特征轉(zhuǎn)換成扭振。

5、上述方案中，由于縱振與扭振的比例是固定的，這種設(shè)計(jì)限制了系統(tǒng)對(duì)不同加工需求的適應(yīng)性。而在實(shí)際應(yīng)用中，不同的材料和加工環(huán)境可能需要不同的振動(dòng)模式和強(qiáng)度，固定比例的設(shè)計(jì)無(wú)法滿(mǎn)足這種多變的需求，從而影響加工效果和效率，同時(shí)，采用斜槽或螺旋槽等結(jié)構(gòu)會(huì)減少超聲刀柄承受負(fù)載的能力，增加疲勞程度，容易引發(fā)暗裂和斷開(kāi)。

6、因此，申請(qǐng)人提出一種縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)。

7、上述內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的加工時(shí)縱振與扭振的比例大小只能通過(guò)調(diào)整縱振功率而變化，且扭轉(zhuǎn)的角度和振幅比較有限的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，包括：刀具主體、換能器、縱振源、扭振源以及無(wú)線模組，換能器用于將縱振源和扭振源產(chǎn)生的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)，并在換能器下端軸向開(kāi)設(shè)的安裝腔室，刀具主體固定安裝在安裝腔室內(nèi)，并部分軸向延伸至安裝腔室外，縱振源與扭振源軸向安裝在刀具主體尾端開(kāi)設(shè)的2個(gè)內(nèi)凹環(huán)內(nèi)，并與刀具主體緊密配合，扭振源所在平面低于縱振源所在平面，無(wú)線模組固定套裝在換能器外周，并能跟隨刀具主體旋轉(zhuǎn)。

3、優(yōu)選地，扭振源以及縱振源均包括至少12片的扇形壓電陶瓷拼接而成的環(huán)狀振子。

4、進(jìn)一步地，扭振源的極化方向被設(shè)置為逆時(shí)針，縱振源極化方向則沿環(huán)狀振子軸向設(shè)置。

5、優(yōu)選地，安裝腔室采用階梯式結(jié)構(gòu)設(shè)置。

6、進(jìn)一步地，安裝腔室至少包括：第一腔室、第二腔室以及第三腔室，第一腔室、第二腔室以及第三腔室沿其長(zhǎng)軸方向依次設(shè)置在刀具主體下端，第一腔室開(kāi)口直徑大于第二腔室開(kāi)口直徑大于第三腔室開(kāi)口直徑。

7、更進(jìn)一步地，刀具主體尾端定位裝配在第一腔室內(nèi)，并部分軸向延伸至第二腔室內(nèi)，縱振源定位安裝在位于第二腔室中的內(nèi)凹環(huán)上，扭振源定位安裝在位于第三腔室中的內(nèi)凹環(huán)上，并在上述的第二腔室以及第三腔室中均留有一定的間隔空間，用于均勻地分布振動(dòng)能量，確保刀具主體在整個(gè)工作過(guò)程中受到均衡一致的振動(dòng)作用。

8、優(yōu)選地，刀具主體中部設(shè)置一徑向外延的定位肋條，用于將刀具主體尾端限制在換能器的安裝腔室內(nèi)。

9、進(jìn)一步地，定位肋條中開(kāi)設(shè)一內(nèi)凹臺(tái)階面，內(nèi)凹臺(tái)階面與安裝腔室底部的開(kāi)口處相互配合，用于防止刀具主體在高速旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)過(guò)程中發(fā)生軸向移動(dòng)或徑向擺動(dòng)。

10、優(yōu)選地，無(wú)線模組包括：模組本體、縱振源無(wú)線模塊以及扭振源無(wú)線模塊，模組本體固定設(shè)置在換能器外周，縱振源無(wú)線模塊以及扭振源無(wú)線模塊集成在模組本體內(nèi)的環(huán)形腔室內(nèi)，并分別與縱振源以及扭振源驅(qū)動(dòng)連接，用于根據(jù)工況自主調(diào)節(jié)所需的縱扭振幅比例且最大程度發(fā)揮縱扭分別獨(dú)立工作以及耦合的特性。

11、進(jìn)一步地，縱振源無(wú)線模塊的結(jié)構(gòu)與扭振源無(wú)線模塊的結(jié)構(gòu)相同，扭振源無(wú)線模塊由扭振接收端以及扭振發(fā)射端組成，扭振接收端設(shè)置在環(huán)形腔室中靠近換能器的一側(cè)，扭振發(fā)射端設(shè)置在環(huán)形腔室中遠(yuǎn)離換能器的一側(cè)，并與外部的電源相連接，且扭振發(fā)射端與扭振接收端呈同心圓結(jié)構(gòu)設(shè)置。

12、本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果在于：

13、通過(guò)將縱振源和扭振源直接安裝在刀具主體尾端的內(nèi)凹環(huán)內(nèi)，并與刀具主體緊密配合，確保了振動(dòng)能量的高效傳遞。使得振動(dòng)能量能夠更加集中地作用于刀具工作區(qū)域，從而提高了加工過(guò)程中的精度和效率。

14、無(wú)線模組的設(shè)計(jì)減少了線纜的使用，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并減少了因線纜故障引起的系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，從而提高了系統(tǒng)的整體可靠性和維護(hù)的便捷性。并能夠根據(jù)實(shí)際工況自主調(diào)節(jié)所需的縱扭振幅比例，以提高了操作的靈活性，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的加工需求自動(dòng)優(yōu)化其性能。

技術(shù)特征：

1.一種縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，包括：刀具主體（1）、換能器（2）、縱振源（3）、扭振源（4）以及無(wú)線模組（5），所述換能器（2）用于將所述縱振源（3）和所述扭振源（4）產(chǎn)生的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)，并在所述換能器（2）下端軸向開(kāi)設(shè)的安裝腔室（6），所述刀具主體（1）固定安裝在所述安裝腔室（6）內(nèi)，并部分軸向延伸至所述安裝腔室（6）外，所述縱振源（3）與所述扭振源（4）軸向安裝在所述刀具主體（1）尾端開(kāi)設(shè)的2個(gè)內(nèi)凹環(huán)（7）內(nèi)，并與所述刀具主體（1）緊密配合，所述扭振源（4）所在平面低于所述縱振源（3）所在平面，所述無(wú)線模組（5）固定套裝在所述換能器（2）外周，并能跟隨刀具主體（1）旋轉(zhuǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述扭振源（4）以及所述縱振源（3）均包括至少12片扇形壓電陶瓷拼接而成的環(huán)狀振子。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述扭振源（4）的極化方向被設(shè)置為逆時(shí)針，所述縱振源（3）極化方向則沿環(huán)狀振子軸向設(shè)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝腔室（6）采用階梯式結(jié)構(gòu)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝腔室（6）至少包括：第一腔室（8）、第二腔室（9）以及第三腔室（10），所述第一腔室（8）、所述第二腔室（9）以及所述第三腔室（10）沿長(zhǎng)軸方向依次設(shè)置在刀具主體（1）下端，所述第一腔室（8）開(kāi)口直徑大于所述第二腔室（9）開(kāi)口直徑大于所述第三腔室（10）開(kāi)口直徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述刀具主體（1）尾端定位裝配在所述第一腔室（8）內(nèi)，并部分軸向延伸至所述第二腔室（9）內(nèi)，所述縱振源（3）定位安裝在位于所述第二腔室（9）中的內(nèi)凹環(huán)（7）上，所述扭振源（4）定位安裝在位于所述第三腔室（10）中的內(nèi)凹環(huán)（7）上，并在所述第二腔室（9）以及所述第三腔室（10）中均留有預(yù)設(shè)間隔空間，用于均勻地分布振動(dòng)能量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述刀具主體（1）中部設(shè)置一徑向外延的定位肋條（11），用于將所述刀具主體（1）尾端限制在所述換能器（2）的所述安裝腔室（6）內(nèi)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述定位肋條（11）中開(kāi)設(shè)一內(nèi)凹臺(tái)階面（12），所述內(nèi)凹臺(tái)階面（12）與所述安裝腔室（6）底部的開(kāi)口處相互配合，用于防止所述刀具主體（1）在高速旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)過(guò)程中發(fā)生軸向移動(dòng)或徑向擺動(dòng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線模組（5）包括：模組本體（13）、縱振源無(wú)線模塊（14）以及扭振源無(wú)線模塊（15），所述模組本體（13）固定設(shè)置在所述換能器（2）外周，所述縱振源無(wú)線模塊（14）以及扭振源無(wú)線模塊（15）集成在所述模組本體（13）內(nèi)的環(huán)形腔室（16）內(nèi)，并分別與所述縱振源（3）以及所述扭振源（4）電性連接，用于根據(jù)工況自主調(diào)節(jié)所需的縱扭振幅比例。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，其特征在于，所述縱振源無(wú)線模塊（14）的結(jié)構(gòu)與扭振源無(wú)線模塊（15）的結(jié)構(gòu)相同，所述扭振源無(wú)線模塊（15）包括扭振接收端（17）以及扭振發(fā)射端（18），所述扭振接收端（17）設(shè)置在所述環(huán)形腔室（16）中靠近所述換能器（2）的一側(cè)，所述扭振發(fā)射端（18）設(shè)置在所述環(huán)形腔室（16）中遠(yuǎn)離所述換能器（2）的一側(cè)，并與外部的電源相連接，且所述扭振發(fā)射端（18）與所述扭振接收端（17）呈同心圓結(jié)構(gòu)設(shè)置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種縱扭復(fù)合超聲刀柄加工系統(tǒng)，包括刀具主體、換能器、縱振源、扭振源以及無(wú)線模組。該系統(tǒng)通過(guò)將縱振源和扭振源直接安裝在刀具主體尾端的內(nèi)凹環(huán)內(nèi)，并與刀具緊密配合，確保振動(dòng)能量的高效傳遞，并通過(guò)無(wú)線模組自主調(diào)節(jié)所需的縱扭振幅比例，以提高操作的靈活性和系統(tǒng)的適應(yīng)性。從而解決現(xiàn)有技術(shù)中縱振與扭振比例固定、無(wú)法獨(dú)立調(diào)節(jié)扭振、扭轉(zhuǎn)角度和振幅有限以及結(jié)構(gòu)疲勞問(wèn)題，從而提高超聲加工的適應(yīng)性和效率。

技術(shù)研發(fā)人員：喬家平,雷玉軒,程龍,鄒長(zhǎng)輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳極智超聲科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/20