CN109129037A - 一种超声波刀具加工*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是涉及一种超声波刀具加工***包括机床主轴、动平衡刀柄装置和刀盘；机床主轴与动平衡刀柄装置相连接，动平衡刀柄与刀盘相连接，其中，动平衡刀柄装置包括超声波换能器、柄本体和动平衡环；超声波换能器包括变幅杆，变幅杆与柄本体相连接，刀盘与变幅杆相连接；动平衡环安装于柄本体上；柄本体包括主轴安装部和平衡环安装部，主轴安装部和平衡环安装部相连接；动平衡环包括环体，环体具有相对的内侧面和外侧面，内侧面用于围成环体的中部的安装孔；外侧面设置有多个配重孔。本发明有利于维持转动过程中的平衡状态，减少机械故障的发生，保证加工精度，延长加工***的使用寿命。

Description

一种超声波刀具加工***

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是涉及一种超声波刀具加工***。

背景技术

CN106181595A公开了一种固结磨料超声加工装置及方法，属于硬脆性 材料加工领域，可以进行异形孔加工和平面磨削加工，所述固结磨料超声 加工装置包括XY轴进给装置、工作槽、主轴立柱、固结磨料工具、Z轴伺 服进给装置和超声波发生***，所述超声波发生器采用超声恒流电源，所 述超声恒流电源包括用于采集超声换能器两端的电流和电压的采集单元和 用于计算超声加工***的等效阻抗的处理单元，所述处理单元将计算的等效阻抗与阻抗设定值进行比较后对固结磨料工具的进给速度和/或超声波发 生器的输出电流进行调节。上述固结磨料超声加工装置虽然加工精度较高， 然而效率不高，无法实现保证加工精度的情况下快速加工。TWM372763U 公开了一种超声波振动式刀具模组，第一线圈固定於固定本体。声波产生 器电连接至第一线圈。旋转本体可转动地安装至固定本体。第二线圈固定 於旋转本体。两第一接点固定於旋转本体上并电连接至第二线圈。刀把本体可拆卸地装设於旋转本体上。两第二接点固定於刀把本体上，并分别电 连接至两第一接点。稳压电路板设於刀把本体上，并具有两输入端电连接 至两第二接点，用以稳定第二线圈於旋转时产生的输入电压并於两个输出 端输出输出电压。第一压电片及第二压电片分别电连接至两个输出端以共 同产生振动。扩幅杆固定於刀把本体，用以对振动予以扩幅，上述超声波 振动式刀具模组加工精度有待提高，能加工的材料以及加工效率有限。

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游 离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的 特种加工，英文简称为USM。在加工过程中，刀柄将刀盘与机床主轴相连 接，在机床主轴带动刀柄、刀盘转动时，易出现转动不平衡的现象，从而 影响加工精度和加工***的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波刀具加工***，以解决现有技术中 存在的转动不平衡技术问题。

本发明提供了一种超声波刀具加工***，包括机床主轴、动平衡刀柄 装置和刀盘；所述机床主轴与所述动平衡刀柄装置相连接，所述动平衡刀 柄与所述刀盘相连接，其中，所述动平衡刀柄装置包括超声波换能器、柄 本体和动平衡环；所述超声波换能器包括变幅杆，所述变幅杆与所述柄本 体相连接，所述刀盘与所述变幅杆相连接；所述动平衡环安装于所述柄本 体上；所述柄本体包括主轴安装部和平衡环安装部，所述主轴安装部和所述平衡环安装部相连接，所述主轴安装部呈圆台状，所述平衡环安装部呈 圆柱状；所述动平衡环包括环体，所述环体具有相对的内侧面和外侧面， 所述内侧面用于围成所述环体的中部的安装孔；所述外侧面设置有多个配 重孔，且多个所述配重孔沿所述外侧面的长度方向布设。

进一步地，所述动平衡环还包括调节装置，所述调节装置用于安装在 所述配重孔中。

进一步地，所述配重孔具有内螺纹。

进一步地，所述调节装置为柱状结构；所述柱状结构具有外螺纹，用 于与所述配重孔的内螺纹相配合。

进一步地，所述主轴安装部与所述平衡环安装部为一体结构，且所述 主轴安装部与所述平衡环安装部的连接处具有第一直角避让环槽。

进一步地，所述主轴安装部开设有主轴装配腔，且所述主轴装配腔沿 所述主轴安装部的长度方向延伸。

进一步地，所述动平衡环通过超声波换能器安装于所述柄本体上，其 中，所述平衡环安装部开设有安装腔，用于安装超声波换能器；所述安装 腔沿所述平衡环安装部的长度方向延伸。

进一步地，所述安装腔包括由所述平衡环安装部向所述主轴安装部的 方向依次连通的变幅杆装配腔以及压电振子装配腔，所述变幅杆装配腔以 及所述压电振子装配腔形成阶梯状。

进一步地，所述刀盘包括刀盘基座和固定设置在所述刀盘基座上的磨 削部；所述磨削部呈环形；沿所述磨削部的周向，所述磨削部远离所述刀 盘基座的一端设置有多个排屑槽；所述排屑槽的延伸方向垂直于所述磨削 部的轴向；沿所述磨削部的轴向，所述排屑槽的深度小于所述磨削部的厚 度。

进一步地，沿垂直于所述磨削部的轴向，所述刀盘基座的截面呈圆形； 所述刀盘基座设置有刀盘中心孔；所述刀盘中心孔、所述刀盘基座和所述 磨削部共轴设置；所述刀盘中心孔呈圆柱形；或者，所述刀盘中心孔呈圆 锥台形，所述刀盘中心孔的大截面端设置在所述刀盘基座远离所述磨削部 的表面。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的超声波刀具加工***，通过在动平衡环的配重孔中安装 物体，以调节刀柄、刀盘和动平衡环形成的整体的重心的空间位置，以使 其保持在刀柄的旋转轴线上，从而有利于维持转动过程中的平衡状态，减 少机械故障的发生，保证加工精度，延长加工***的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。

图1为本发明实施例一中环体的结构示意图；

图2为本发明实施例一中环体的主视图；

图3为本发明实施例一中环体的右视图；

图4为图2中沿C-C线的剖视图；

图5为本发明实施例一中调节装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一的刀盘的立体图；

图7为本发明实施例一的刀盘的结构示意图；

图8为图7所示的刀盘的A-A剖视图；

图9为图8所示的刀盘的B区放大图；

图10为本发明实施例一提供的刀盘的另一结构示意图；

图11为本发明实施例一中的柄本体的结构示意图；

图12为本发明实施例一中的柄本体的剖视图；

图13为本发明实施例一提供的动平衡刀柄装置的剖视图(未安装无线 传输发射装置)；

图14为本发明实施例一提供的动平衡刀柄装置的***图；

图15为本发明实施例一提供的动平衡刀柄装置的剖视图(安装有无线 传输发射装置)；

图16为本发明实施例一中超声波换能器的剖视图；

图17为本发明实施例一中的无线传输发射装置的结构示意图；

图18为本发明实施例一中的无线传输接收装置的结构示意图；

图19为本发明实施例一中的热缩绝缘管的剖视图；

图20为本发明实施例一提供的超声波刀具加工***的结构示意图；

图21为本发明实施例一提供的超声波刀具加工***的另一视角的结构 示意图(局部剖视)；

图22为本发明实施例三中环体的结构示意图。

图标：

100-第二子环；101-环体；102-内侧面；103-外侧面；104-配重孔；105- 安装孔；106-环面；107-柱状结构；108-一字槽；109-第一子环；110-刀盘 基座；111-刀盘中心孔；112-刀盘安装孔；113-阶梯槽；120-磨削部；121- 排屑槽；122-切削刃；130-圆台部；131-刀柄装配杆；200-无线传输发射装 置；210-发射环支架；211-柄本体贯穿孔；212-第一安装槽；213-装配孔；215-插头安装面；216-接线通道；220-发射磁芯；221-第二安装槽；222-第一接线口；230-发射线圈；300-无线传输接收装置；310-接收环支架；311- 第三安装槽；312-第二接线口；320-接收磁芯；321-第四安装槽；322-第三 接线口；330-接收线圈；400-超声波换能器；410-变幅杆；415-螺纹孔；420- 压电振子；421-螺栓安装孔；422-第一压电陶瓷片；423-第一电极片；424- 第二压电陶瓷片；425-第二电极片；426-第三压电陶瓷片；427-第三电极片； 428-第四压电陶瓷片；429-第四电极片；430-盖板；431-固定孔；440-锁紧 螺栓；441-螺帽；442-装配侧面；443-螺杆；450-热缩绝缘管；451-第一绝 缘管；452-第二绝缘管；600-柄本体；601-主轴安装部；602-平衡环安装部； 603-第一直角避让环槽；604-台阶面；608-主轴装配腔；609-主轴连接杆； 611-变幅杆装配腔；612-压电振子装配腔；613-过线孔；614-第二直角避让 环槽；615-环形卡刀槽；616-扳手操作部；700-机床主轴；701-动平衡刀柄； 702-刀盘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要 说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具 有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指 示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确 的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是 固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可 以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两 个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解 上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1至图21所示，本发明实施例一提供了一种超声波刀具加工系 统，其包括机床主轴、动平衡刀柄装置和刀盘；机床主轴与动平衡刀柄装 置相连接，动平衡刀柄与刀盘相连接。

参见图13至图15所示，该实施例可选的方案中，动平衡刀柄装置包 括超声波换能器、柄本体600和动平衡环；动平衡环安装于柄本体600上。 超声波换能器包括变幅杆，变幅杆与柄本体相连接，刀盘与变幅杆相连接。

柄本体600包括主轴安装部601和平衡环安装部602，主轴安装部601 和平衡环安装部602相连接，主轴安装部601呈圆台状，平衡环安装部602 呈圆柱状。

主轴安装部601的一端用于与机床主轴相连接，主轴安装部601的另 一端与平衡环安装部602的一端相连接，平衡环安装部602的另一端用于 与刀盘或磨头相连接。呈圆台状的主轴安装部601的一端的直径小于其另 一端的直径，也就是说，平衡环安装部602的一端与主轴安装部601的直 径较大的一端相连接；通过设置使主轴安装部601呈圆台状，有利于控制 刀柄的转动平衡。

该实施例中提供的超声波刀具加工***，可适用于ISO主轴系列，通 过将动平衡环安装于柄本体600上后，在动平衡环的配重孔中安装物体， 以调节刀柄、刀盘和动平衡环形成的整体的重心的空间位置，以使其保持 在刀柄的旋转轴线上，从而有利于维持转动过程中的平衡状态，减少机械 故障的发生，保证加工精度，延长加工***的使用寿命。

该实施例可选的方案中，主轴安装部601与平衡环安装部602为一体 结构，且主轴安装部601与平衡环安装部602的连接处具有第一直角避让 环槽603。该动平衡刀柄装置装置的柄本体600的材质可以为不锈钢材质， 结构性能好。通过第一直角避让环槽603，一方面可起到避让安装于柄本体 600上的其它部件的棱边的作用，从而起到提高零部件之间的配合度及贴合 度，另外也便于装配平面的加工。

具体而言，主轴安装部601的另一端的端部的直径要小于平衡环安装 部602的一端的端部的直径，这样主轴安装部601与平衡环安装部602的 连接处便形成台阶状的结构，而第一直角避让环槽603便开设在台阶状的 结构的台阶面604上。

该实施例中，主轴安装部601开设有主轴装配腔608，且主轴装配腔 608沿主轴安装部601的长度方向延伸。主轴装配腔608与一主轴连接杆 609螺纹连接。使用时，主轴连接杆609及主轴安装部601一起机床主轴相 连接。

参见图1到5所示，该实施例中，动平衡环包括环体101，环体101具 有相对的内侧面102和外侧面103，内侧面102用于围成环体101的中部的 安装孔105；外侧面103设置有多个配重孔104，且多个配重孔104沿外侧 面103的长度方向布设，也就是说，多个配重孔沿外侧面的周向布设。

具体而言，环体101呈圆环状，环体101还具有相对的两个环面106， 环面106与环体101的轴线垂直。而内侧面102和外侧面103均与环体101 的轴线平行，且环体101的直径垂直于内侧面102和外侧面103。使用时， 通过将刀柄的柄本体600穿过安装孔105，以实现动平衡环的安装。配重孔104为圆形孔；配重孔104的轴线穿过环体101的环心。配重孔104贯穿内 侧面102和外侧面103。

该实施例提供的动平衡环，在将刀柄装置与刀盘装配形成一体后，再 将动平衡环安装于刀柄装置的柄本体600上，然后通过在动平衡环的配重 孔104中安装物体，以调节柄本体、刀盘和动平衡环形成的整体的重心的 空间位置，以使其保持在刀柄的旋转轴线上，从而有利于维持转动过程中 的平衡状态，减少机械故障的发生。

该实施例可选的方案中，动平衡环还包括调节装置，调节装置用于安 装在配重孔104中。

具体而言，通过调节装置以实现重心的调节。调节装置与配重孔104 之间的连接方式可以螺纹连接。动平衡环与柄本体600，或动平衡环与刀盘 之间的连接方式可以是间隙配合连接，并在环体101上对称的两个配重孔 104中安装调节装置，以实现动平衡环与柄本体600固定连接，或动平衡环 与刀盘固定连接。

需要说明的是，调节装置与配重孔104之间的连接方式还可以是过盈 配合连接；调节装置与配重孔104之间的连接是可拆卸连接时，可以便于 调平。

该实施例可选的方案中，配重孔104具有内螺纹。调节装置为柱状结 构107；柱状结构107具有外螺纹，用于与配重孔104的内螺纹相配合。内 螺纹可以是单线螺纹，且外螺纹是单线螺纹；或内螺纹是多线螺纹，且外 螺纹是多线螺纹；在采用多线螺纹时，可以提高柱状结构107的快速调节。 柱状结构107的端部开设有驱动槽，，通过螺丝刀***驱动槽，以旋拧柱状 结构，使其安装于配重孔中，驱动槽可以为一字槽108或十字槽，该实施 例中，以驱动槽为一字槽108为例。需要说明的是，调节装置还只可以是 螺钉、螺栓或螺柱。

该实施例可选的方案中，柱状结构107的长度可以根据实现调节，如 柱状结构107的长度小于环体101的环宽，环体101的环宽为环体101的 外圆半径与内圆半径之差。需要说明的是，柱状结构107的长度还可以大 于或等于环体101的环宽。

该实施例可选的方案中，多个配重孔104在外侧面103上等圆心角分 布，也就是说，任意相邻两个配重孔104之间所对的圆心角相等。

具体而言，配重孔104的数量可以为15～30个，该实施例中，以配重 孔104的数量为20个具体说明其分布情况，相邻两个配重孔104之间所对 的圆心角为20°。

该实施例可选的方案中，环体101的轴向截面形状呈矩形，环体101 的某一直径位于该轴向截面上，且该轴向截面垂直于环体101的环面106。 环体101的相对的两个环面106相互平行。环体101的内侧面102和外侧 面103均为柱面。

需要说明的是，该实施例中，环体101的截面形状还可以呈直角梯形 等。

该实施例可选的方案中，环体101的环面106与外侧面103之间具有 倒角结构。

该实施例中，通过动平衡环实现调节平衡，减小或消除转动不平衡的 方法为：

将换能器、刀盘(或磨头)连接至刀柄，再将动平衡环装于刀柄的柄 本体600上，以形成一装配体，通过动平衡仪测量上述装配体的重心；当 转动不平衡时，在相应的配重孔104内装入调节装置，再次测试，重复上 述步骤直至装配体的重心保持在刀柄的轴线为止。

需要说明的是，在使用时，并不是每个配重孔中都安装有调节装置， 并且只当上述装配体的重心不在刀柄的轴线上时，在某一个或多个配重孔 中安装调节装置以实现调节平衡。

该实施例中，动平衡环通过超声波换能器安装于柄本体600上。平衡 环安装部602的另一端的端面上开设安装腔，用于安装超声波换能器；安 装腔沿平衡环安装部602的长度方向延伸。安装腔不与主轴装配腔608相 连通。

该实施例可选的方案中，安装腔包括由平衡环安装部602向主轴安装 部601的方向(即由平衡环安装部602的另一端向平衡环安装部602的一 端的方向)依次连通的变幅杆装配腔611以及压电振子装配腔612，变幅杆 装配腔611以及压电振子装配腔612形成阶梯状，压盖装配腔的截面直径 大于变幅杆装配腔611的截面直径，变幅杆装配腔611的截面直径的压电 振子装配腔612的截面直径，这样有利于各部件的定位装配，装配方便。

超声波换能器400包括压电振子420和变幅杆410，压电振子安装在变 幅杆上，变幅杆通过其装配法兰与柄本体600进行装配，实现变幅杆与压 电振子整体在柄本体600上的装配。通过采用上述结构，变幅杆装配腔611 以及压电振子装配腔612可用来对应安装变幅杆和压电振子，通过还设置 压盖装配腔，本实施例的柄本体600还能够装配压盖，从而便于压盖将变 幅杆压紧在柄本体600上，使得变幅杆与柄本体600装配更加紧密。

该实施例可选的方案中，变幅杆的外表面设置有平衡环限位凸台，平 衡环限位凸台与变幅杆为一体结构，变幅杆的一端***安装腔，变幅的另 一端用于与刀盘或磨头相连接。平衡环限位凸靠近变幅杆的一端，而远离 变幅杆的另一端。在将动平衡环套设于平衡环安装部602上后，通过平衡 环限位凸台对动平衡环的安装位置进行定位，动平衡环位于变幅杆与平衡 环安装部602的连接处。

该实施例可选的方案中，平衡环安装部602的外壁上开设有与压电振 子装配腔612连通的过线孔613。过线孔613靠近主轴安装部601的一端， 且定位凸台605远离主轴安装部601的一端，如此，过线孔613便于实现 压电振子的正极、负极与外部的接线。

该实施例可选的方案中，变幅杆装配腔611对应的内壁上开设有第二 直角避让环槽614，第二直角避让环槽614位于变幅杆装配腔611的靠近压 电振子装配腔612的一端，通过设置第二直角避让环槽614，可起到直角避 让的作用，便于装配平面的加工。

该实施例可选的方案中，平衡环安装部602的外壁上还设有环形卡刀 槽615，环形卡刀槽615的截面呈V字形。采用上述结构，环形卡刀槽615 用于刀库卡刀，通过将其截面设置呈V字形，加工方便，能够通用于大多 机床。需要说明的是，环形卡刀槽615的截面还可以呈Y字形。

该实施例可选的方案中，环形卡刀槽615的两个槽缘沿平衡环安装部 602径向延伸，伸出平衡环安装部602的外壁，以形成环形凸台，用于定位 无线传输接收装置，无线传输接收装置与压振电子相连接；无线传输接收 装置套设安装在平衡环安装部602上。无线传输接收装置安装后离过线孔 613较近，无线传输接收装置的线圈可通过过线孔613方便的穿入压电振子 装配腔612内与压电振子接线，接线方便。

柄本体600的外壁上还设有一对相对设置的扳手操作部616，扳手操作 部616设置在环形卡刀槽615的槽底。采用上述结构，扳手操作部616可 用于配合扳手使用，便于拆装刀具时固定超声波刀柄，装刀时，一对扳手 操作部616分别卡进锁刀座的扳手内，可以使超声波刀柄不能转动。可选 地，扳手操作部616为直边的扳手操作平面，可适用于锁刀座的U形扳手。

该实施例可选的方案中，超声波刀具加工***还包括无线传输发射装 置200，用于安装在机床主轴上，用于与超声电源发生器连接；超声波刀具 加工***还包括无线传输接收装置300，安装在柄本体600上，与无线传输 发射装置200对应设置；

变幅杆410和设置在变幅杆410的第一端的压电振子420，变幅杆410 的第二端用于与切削刀具连接，变幅杆410的第一端具有装配法兰411，变 幅杆410通过装配法兰411与柄本体600连接，压电振子420位于安装腔 内，压电振子420与无线传输接收装置300连接；

上述超声波刀柄，柄本体600用于起到连接机床主轴、安装超声波换 能器400等部件的作用。无线传输发射装置200用于将超声电源发生器产 生的高频电能信号通过无线传输的方式传递到无线传输接收装置300上， 无线传输接收装置300用于接收无线传输发射装置200发出的信号并将感 应到的信号还原成高频电能信号传递给超声波换能器400，超声波换能器 400用于利用压电振子420的压电逆效应将频率电信号转换为高频机械振 动，并通过变幅杆410对机械振动进行放大传输到加工工件，进而能够配 合传统普通机床实现超声加工。

进一步地，如图6所示，无线传输发射装置200包括发射环支架210、 发射磁芯220以及发射线圈230。发射环支架210上设有柄本体600贯穿孔 211。发射环支架210上在柄本体600贯穿孔211的***设有第一安装槽212。 发射环支架210上在第一安装槽212的***还设有装配孔213，装配孔213 用于与机床主轴的非旋转端面上的支架安装孔相配合。发射磁芯220安装 在第一安装槽212中。发射磁芯220上设有第二安装槽221，发射线圈230 设置在第二安装槽221中。采用上述结构，发射磁芯220与发射线圈230 能够通过发射环支架210安装在机床主轴上，发射环支架210的柄本体600 贯穿孔211用于通过柄本体600，便于柄本体600与机床主轴连接，发射环 支架210可通过紧固件穿入装配孔213、支架安装孔实现与机床主轴的连接， 本实施例的发射环支架210具备连接机床主轴、承载发射磁芯220与发射线圈230、便于柄本体600通过的作用，其为一体结构，相比于传统采用分 体的锁环与发射环配合的结构，发射环支架210与机床主轴连接时只要将 紧固件拧紧即可，锁紧方便，锁紧之后受外力作用时，不易出现倾斜或转 动，固定牢靠，进而也不易现干涉柄本体600的状况。可选地，发射磁芯 220为发射铁氧体。

本实施例中，发射环支架210上用于安装插头的侧面为插头安装面215。 发射环支架210内部设有接线通道216，接线通道216的一端与第一安装槽 212连通，接线通道216的另一端贯穿插头安装面215。第二安装槽221远 离柄本体600贯穿孔211的外槽壁上设有第一接线口222。采用上述结构， 发射线圈230的接线可以通过第一接线口222、接线通道216穿出发射环支 架210的插头安装面215，然后接线与插头连接实现与超声电源发生器连接，接线从内部接线，操作方便，且能够有效保护接线。

进一步地，装配孔213为条形装配孔。如此，本实施例的发射环支架 210可适用不同型号的机床主轴，当不同机床主轴的非旋转端面上的支架安 装孔位置有差异时，可通过将紧固件装配在条形装配孔213的不同位置来 适应，通用性好，操作方便。可选地，装配孔213为两个，两个装配孔213 沿着柄本体600贯穿孔211的周向方向间隔均匀设置。如此，装配可靠， 通用性好。

进一步地，如图7所示，无线传输接收装置300包括接收环支架310、 接收磁芯320以及接收线圈330。接收环支架310套设在柄本体600的外侧。 接收环支架310上设有第三安装槽311，接收磁芯320安装在第三安装槽 311中。接收磁芯320上设有第四安装槽321，接收线圈330安装在第四安 装槽321中。采用上述结构，接收磁芯320和接收线圈330能够通过接收 环支架310安装在柄本体600上，接收磁芯320能够与无线传输发射装置200的发射磁芯220感应，从而起到无线接收作用，将感应到的磁场还原成 高频电能信号传输给压电振子420。可选地，接收磁芯320为接收铁氧体。

本实施例中，第三安装槽311靠近接收环支架310中心的内槽壁上开 设有第二接线口312，第四安装槽321靠近接收环支架310中心的内槽壁上 开设有第三接线口322，且第三接线口322的位置与第二接线口312的位置 对应。从而接收线圈330的接线可以通过第三接线口322、第二接线口312 引入至接收环支架310的中空结构中，便于与柄本体600内的压电振子420 接线，接线方便，且接线从内部进行，能够有效保护接线。

进一步地，如图9、图10、图11所示，超声波换能器400还包括盖板 430、锁紧螺栓440以及热缩绝缘管450。变幅杆410的第一端端面上开设 有与锁紧螺栓440匹配的螺纹孔415。压电振子420上开设有螺栓安装孔 421。盖板430设置在压电振子420远离变幅杆410的一侧。盖板430上开 设有固定孔431。锁紧螺栓440用于穿过固定孔431、螺栓安装孔421与螺纹孔415配合，使得压电振子420、盖板430锁紧在变幅杆410上。热缩绝 缘管450设置在锁紧螺栓440与压电振子420、盖板430之间。进而，变幅 杆410的第一端相当于压电振子420的前盖板，盖板430相当于压电振子 420的后盖板，通过锁紧螺栓440与变幅杆410上的螺纹孔415配合将压电 振子420锁紧在变幅杆410上，无需额外设置压电振子420的前盖板，结 构简单，且采用锁紧螺栓440锁紧，装配方便；通过在锁紧螺栓440与压 电振子420、盖板430之间设置热缩绝缘管450，热缩绝缘管450能够起到 绝缘保护的作用，防止压电振子420通过锁紧螺栓440发生短路，提高产 品使用的稳定性，热缩绝缘管450在安装时可先热缩安装在锁紧螺栓440 上，不会影响锁紧螺栓440的装配，装配方便。

进一步地，如图10、图11、图12所示，热缩绝缘管450包括第一绝 缘管451以及第二绝缘管452，第一绝缘管451的长度与压电振子420和盖 板430的长度之和匹配，第一绝缘管451套设在锁紧螺栓440的外侧，且 第一绝缘管451的安装位置与压电振子420、盖板430的位置相对应，第二 绝缘管452的长度与压电振子420的长度匹配，第二绝缘管452套设在第一绝缘管451的外侧，且第二绝缘管452的安装位置与压电振子420的位 置相对应。

采用上述结构，本实施例的超声波换能器400的各部件装配时，可先 将第一绝缘管451套设在锁紧螺栓440的外侧后加热收缩，将盖板430套 设在锁紧螺栓440的外侧，第一绝缘管451位于锁紧螺栓440与盖板430 之间，然后再将第二绝缘管452套设在锁紧螺栓440的外侧后加热收缩， 将压电振子420套设在锁紧螺栓440的外侧，第一绝缘管451、第二绝缘管 452位于锁紧螺栓440与压电振子420之间，最后再将锁紧螺栓440整体锁 紧至变幅杆410的螺纹孔415中，完成装配。第一绝缘管451可先起到一 层绝缘保护作用，又不会太厚而影响锁紧螺栓440与盖板430的装配，第 二绝缘管452可着重对压电振子420再起到一层绝缘保护作用，能够对压 电振子420加强保护，有效防止压电振子420的各电极片发生短路，保护 效果好；在实现较好保护效果的基础上，各部件装配方便，装配效率较高。

如图11所示，在其中一个实施例中，压电振子420包括依次叠设的第 一压电陶瓷片422、第一电极片423、第二压电陶瓷片424、第二电极片425、 第三压电陶瓷片426、第三电极片427、第四压电陶瓷片428以及第四电极 片429。第一压电陶瓷片422的负极与变幅杆410的第一端端面相接，第一 压电陶瓷片422的正极与第二压电陶瓷片424的正极相对设置，第二压电 陶瓷片424的负极与第三压电陶瓷片426的负极相对设置，第三压电陶瓷 片426的正极与第四压电陶瓷片428的正极相对设置，第四压电陶瓷片428 的负极与第四电极片429相接。如此，通过相应的电极片，相邻的压电陶 瓷片之间正极与正极相接，负极与负极相接，通过向相应的电极片通电， 能够实现压电振子420的压电特性。具体地，第一压电陶瓷片422、第一电 极片423、第二压电陶瓷片424、第二电极片425、第三压电陶瓷片426、第三电极片427、第四压电陶瓷片428以及第四电极片429均设有相匹配的 通孔，每块压电陶瓷片与电极片上的通孔共同形成螺栓安装孔421。

进一步地，锁紧螺栓440包括螺帽441以及与螺帽441连接的螺杆443。 螺帽441与螺杆443连接的侧面为装配侧面442。装配侧面442为光滑平面， 装配侧面442与螺杆443上的螺纹的中轴线垂直。进而，由于锁紧螺栓440 的装配侧面442表面光滑，且装配侧面442与螺杆443上的螺纹的中轴线 垂直，当锁紧螺栓440拧紧后，锁紧螺栓440能够为压电振子420提供的 压力均匀的锁紧力，使得压电振子420表面各处所受到的压力统一均匀， 提高压电振子420的性能，保证本实施例的超声波刀柄的阻抗与频率在设 计范围内。

参见图6至图10所示，该实施例中的，用于超声加工的刀盘，能够应 用于普通机床的旋转超声加工模式。

刀盘包括刀盘基座110和固定设置在刀盘基座110上的磨削部120；磨 削部120用于对工件表面进行磨削。

磨削部120呈环形；

沿磨削部120的周向，磨削部120远离刀盘基座110的一端设置有多 个排屑槽121；可选地，排屑槽121的数量为2个-6个；例如，排屑槽121 的数量为2个、3个、5个、6个等等。

排屑槽121的延伸方向垂直于磨削部120的轴向；由于超声加工时材 料更容易去除，通过采用垂直于磨削部120轴向的排屑槽121，以便于超声 波能够更好地传播而使超声能量可以更好地用于加工工件。

沿磨削部120的轴向，排屑槽121的深度小于磨削部120的厚度。通 过控制排屑槽121的深度，以便于超声波能够更好地传播而使超声能量可 以更好地用于加工工件。

可选地，沿磨削部120的轴向，排屑槽121的深度为磨削部120的厚 度的20％-60％。处于磨削部120厚度20％-60％的排屑槽121深度，既可以 很好的散热和排屑，又可以使超声波能够更好地传播。

可选地，磨削部120呈圆柱环形或者圆锥环形。

可选地，多个排屑槽121沿磨削部120的周向均匀设置。以使排屑槽 121可以均匀的散热，在一定程度上提高了刀盘旋转的稳定性，进而保障工 件的加工精度。

本实施例中所述用于超声加工的刀盘，包括刀盘基座110和磨削部120； 通过磨削部120远离刀盘基座110的一端沿自身的周向设置有多个排屑槽 121，既可以散出超声加工时产生的少量热量，又可以排出超声加工时产生 的磨削屑，保障了工件加工质量，提高了超声加工的精度，还延长了磨削 部120的使用寿命，进而延长了刀盘的使用寿命。通过排屑槽121的延伸 方向垂直于磨削部120的轴向，以及排屑槽121的深度小于磨削部120的 厚度，以便于超声波能够更好地传播而使超声能量可以更好地用于加工工 件，进一步提高了超声加工的精度。

本实施例中所述用于超声加工的刀盘，在结构上符合超声波传播原理， 符合超声波的频率方程。该用于超声加工的刀盘，在超声加工工件时产生 的热量相对较低，其冷却性能好，加工的工件精度更高、效率更好。

本实施例的可选方案中，沿垂直于磨削部120的轴向，刀盘基座110 的截面呈圆形；

可选地，刀盘基座110设置有刀盘中心孔111；刀盘中心孔111、刀盘 基座110和磨削部120共轴设置；通过刀盘中心孔111、刀盘基座110和磨 削部120共轴设置，以使刀盘的旋转更为稳定，进而保障工件的加工精度。

可选地，刀盘中心孔111呈圆柱形；或者，刀盘中心孔111呈圆锥台形， 刀盘中心孔111的大截面端设置在刀盘基座110远离磨削部120的表面。

可选地，刀盘中心孔111呈圆柱形或圆锥台形时，刀盘基座110设置有 多个刀盘安装孔112；变幅杆具有圆台部130，圆台部的直径最大的端面上 设置有与刀盘中心孔111配合的刀柄装配杆131，圆台部的端面上还设置有 与刀盘安装孔112位置对应的刀柄螺纹孔，刀盘基座110设置有插接刀盘 安装孔112并与刀柄螺纹孔螺接的螺钉；刀柄螺纹孔和螺钉的数量与刀盘 安装孔112的数量相同。圆台部与刀盘基座110，通过刀柄装配杆131插接 刀盘中心孔111来进行定位，保证了圆台部130与刀盘基座110的同心度， 在一定程度上提高了刀盘旋转的稳定性，进而保障工件的加工精度。圆台 部130与刀盘基座110，通过螺钉插接刀盘安装孔112并螺接刀柄螺纹孔来 固定，提高了圆台部130与刀盘基座110连接的牢固度，在一定程度上提 高了刀盘旋转的稳定性，进而保障工件的加工精度。

可选地，刀盘中心孔111与刀柄装配杆131过盈配合。

可选地，刀盘安装孔112的数量为2个-6个；例如，刀盘安装孔112 为2个、3个、5个、6个等等。

可选地，多个刀盘安装孔112以磨削部120的轴向为中心轴，且多个 刀盘安装孔112均匀设置；以使刀盘基座110与圆台部130装配更加牢固， 在一定程度上提高了刀盘旋转的稳定性，进而保障工件的加工精度。

可选地，刀柄装配杆131与刀盘中心孔111还可以通过圆柱螺纹或圆 锥螺纹连接。通过圆柱螺纹或圆锥螺纹螺接，简化了圆台部130与刀盘基 座110的结构，便于超声波能够更好地传播而使超声能量可以更好地用于 加工工件，提高了超声加工的精度。

本实施例的可选方案中，刀盘基座110和/或磨削部120上设置有至少 一个阶梯槽113；也就是说，刀盘基座110设置有至少一个阶梯槽113，或 者磨削部120设置有至少一个阶梯槽113，或者刀盘基座110和磨削部120 上均设置有至少一个阶梯槽113。通过阶梯槽113，以便于测量刀盘的端面 跳动和圆度跳动，从而便于及时调整刀盘或者刀柄，以使刀盘旋转更加稳 定，进而保障工件的加工精度。

可选地，阶梯槽113呈环形，且阶梯槽113以磨削部120的轴向为中 心轴。

本实施例的可选方案中，排屑槽121的槽口处具有切削刃122。通过切 削刃122，能够对工件表面高点进行切削，从而起到缓冲刀盘与工件之间的 切削碰撞，保障工件的加工精度。

本实施例的可选方案中，切削刃122与磨削部120的垂直于轴向之间 的刃角为55°-90°，也即切削刃122与磨削部120的径向之间的刃角为 55°-90°。通过不同的刃角，可以改善工件表面的精度，以及降低切削刃122 与工件之间的切削碰撞而产生的震动。

可选地，切削刃122与磨削部120的垂直于轴向之间的刃角例如可以 为55°、60°、70°、85°或90°，或者其他角度。

切削刃122与磨削部120的垂直于轴向之间的刃角，可根据工件的材 质、工件要求的加工精度等因素而定。

本实施例的可选方案中，磨削部120用于接触工件的表面设置有金刚 石砂粒。由于金刚石砂砾能够提供良好的硬度和耐磨性能，从而保障磨削 部120的使用寿命。

本实施例的可选方案中，刀盘基座110远离磨削部120的表面，平行 于磨削部120远离刀盘基座110的表面；以提高刀盘旋转的稳定性，进而 保障工件的加工精度。

本实施例的可选方案中，磨削部120远离刀盘基座110的一端的外周 设置有半径为1.5mm-3mm的倒圆角。磨削部120采用倒圆角的设计，能够 提高磨削部120的强度和切削寿命，有效延长了磨削部120的使用寿命。

为了更好地理解本实施例，以下进行了刀盘性能测试：

加工对象：100mm×100mm玻璃表面；

测试以及对比刀具：选取普通金刚石磨刀盘、无排屑槽刀盘、有排屑 槽无切削刃刀盘、有排屑槽有切削刃刀盘(切削刃的刃角为90度)、有排 屑槽有切削刃刀盘(切削刃的刃角为70度)、有排屑槽有切削刃刀盘(切 削刃的刃角为60度)各十把刀具做测试。

需要说明的是，上述测试刀盘的磨削部直径相同，也即刀盘在玻璃表 面的磨削直径相同。

测试表

实施例二

本实施例二中的超声波刀具加工***是在实施例一的基础上的改进， 实施例一公开的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施 例二公开的内容。

该实施例中，主要对动平衡环进行改进；动平衡环的配重孔104的孔 径与环体101的外径、环体101的轴向长度和环体101的环宽线性相关， 通过实验测算，当线性相关时，便于配置相应的调节装置，且有利于快速 的调节平衡。

具体而言，配重孔104的孔径满足以下公式：

d＝xD+yL+zW+C，

其中，d表示配重孔104的孔径(既配重孔的孔直径)，D表示环体101 的外径(即环体的外圆直径)，L表示环体101的轴向长度，W表示环体101 的环宽；C表示常数；x、y、z均表示相关系数，孔径、外径、轴向长度 和环宽的单位均为毫米。

在该实施例上，配重孔104的孔径d满足：

d＝0.02D+0.5L+0.2W+0.1。

该实施例还提供了一种动平衡环的设计方法，该设计方法包括：

步骤S100、确定环体的外径D，环体的外径D是刀柄的外径的1.1～1.3 倍；

步骤S200、确定环体的内径D'，环体的内径D'与刀柄的外径间隙配合， 且公差等级为H8或H10；

步骤S300、确定环体的环宽W，其中，环体的环宽W满足公式：

步骤S400、确定环体的轴向长度L，其中，环体的轴向长度是刀柄的 轴向长度0.10～0.13倍；

确定配重孔的孔径d，其中，配重孔的孔径d足公式：

d＝0.02D+0.5L+0.2W+0.1。

实施例三

本实施例三中的超声波刀具加工***是在实施例一或实施例二的基础 上的改进，实施例一或实施例二中公开的技术内容不重复描述，实施例一 或实施例二公开的内容也属于本实施例公开的内容。

参见图22所示，该实施例中，主要对动平衡环进行改进；动平衡环的 环体101包括嵌套在一起的多个子环，通过多个子环，便于增加或减小环 体101整体的重量，便于调节平衡。

该实施例中以子环的数量为两个为例具体说明，为了便于区分两个子 环，两个子环分别称为：第一子环109和第二子环100，第一子环109的内 圆直径大于或等于第二子环100的外圆直径，这样第一子环109便嵌套于 第二子环100的外部；使用时，第二子环100套于柄本体600上；第一子 环109与第二子环100之间通过环体101上对称的两个配重孔104中安装 调节装置实现固定连接。由于环体101分为第一子环109和第二子环100， 因此配重孔104相应的分成两个半孔，一个半孔位于第一子环109上，另 一个半孔位于第二子环100上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的 普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超声波刀具加工***，其特征在于，包括机床主轴、动平衡刀柄装置和刀盘；所述机床主轴与所述动平衡刀柄装置相连接，所述动平衡刀柄与所述刀盘相连接，其中，

所述动平衡刀柄装置包括超声波换能器、柄本体和动平衡环；所述超声波换能器包括变幅杆，所述变幅杆与所述柄本体相连接，所述刀盘与所述变幅杆相连接；

所述动平衡环安装于所述柄本体上；所述柄本体包括主轴安装部和平衡环安装部，所述主轴安装部和所述平衡环安装部相连接，所述主轴安装部呈圆台状，所述平衡环安装部呈圆柱状；所述动平衡环包括环体，所述环体具有相对的内侧面和外侧面，所述内侧面用于围成所述环体的中部的安装孔；所述外侧面设置有多个配重孔，且多个所述配重孔沿所述外侧面的长度方向布设。

2.根据权利要求1所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述动平衡环还包括调节装置，所述调节装置用于安装在所述配重孔中。

3.根据权利要求2所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述配重孔具有内螺纹。

4.根据权利要求3所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述调节装置为柱状结构；所述柱状结构具有外螺纹，用于与所述配重孔的内螺纹相配合。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述主轴安装部与所述平衡环安装部为一体结构，且所述主轴安装部与所述平衡环安装部的连接处具有第一直角避让环槽。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述主轴安装部开设有主轴装配腔，且所述主轴装配腔沿所述主轴安装部的长度方向延伸。

7.根据权利要求6所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述动平衡环通过超声波换能器安装于所述柄本体上，其中，所述平衡环安装部开设有安装腔，用于安装超声波换能器；所述安装腔沿所述平衡环安装部的长度方向延伸。

8.根据权利要求7所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述安装腔包括由所述平衡环安装部向所述主轴安装部的方向依次连通的变幅杆装配腔以及压电振子装配腔，所述变幅杆装配腔以及所述压电振子装配腔形成阶梯状。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波刀具加工***，其特征在于，所述刀盘包括刀盘基座和固定设置在所述刀盘基座上的磨削部；所述磨削部呈环形；沿所述磨削部的周向，所述磨削部远离所述刀盘基座的一端设置有多个排屑槽；所述排屑槽的延伸方向垂直于所述磨削部的轴向；沿所述磨削部的轴向，所述排屑槽的深度小于所述磨削部的厚度。

10.根据权利要求9所述的超声波刀具加工***，其特征在于，沿垂直于所述磨削部的轴向，所述刀盘基座的截面呈圆形；所述刀盘基座设置有刀盘中心孔；所述刀盘中心孔、所述刀盘基座和所述磨削部共轴设置；所述刀盘中心孔呈圆柱形；或者，所述刀盘中心孔呈圆锥台形，所述刀盘中心孔的大截面端设置在所述刀盘基座远离所述磨削部的表面。