一种快换式超声振动辅助锯切装置制造方法[0002]光学玻璃、晶体和陶瓷等高性能硬脆性材料的应用受制于其高硬度和高脆性而很难加工出应用场合零件所需的形状和精度要求，随着机械加工水平的日益提高，这些材料的应用才日益得以扩展。通常，在这些硬脆性材料零件的制备加工过程中，锯切是机械加工第一道工序，对零件加工成本和质量有着很重要的影响。当前，利用金刚石其硬度优越性作为锯片磨料来加工硬脆性材料是最为常用工艺方法，然而该方法在锯切过程中工件材料受到锯片上金刚石磨料的冲击作用而出现裂纹扩展和崩碎去除等现象，导致被锯切工件的切缝加大、平行度差及崩边等问题，难以保证零件的加工精度和表面质量。为了减少工件材料崩碎去除和裂纹扩展带来的影响，只能减小锯切时的切深和进给，这又大大影响其加工效率。[0003]超声振动辅助锯切，加入了一个超声冲击作用与空化作用，使得在工件材料在锯切过程中通过产生微裂纹而被去除，这种断续的冲击和划擦切削特点，使得锯切过程中具有显著降低锯切力，抑制崩边，减少切缝，提高加工精度和加工表面质量，延长锯片的寿命等作用，从一定程度上解决了锯切加工效率低下的问题。但是，传统锯切只是在特定的锯切机上进行，加入超声辅助的锯切就更受到很大的限制，虽然国内外在相关领域取得了很多成果，但是至今尚未有一种能够有一种适用于多种机床使用的快换式超声振动锯切工具，这将限制了锯切加工的实用范围和灵活性。[0004]在超声波加工中，超声辅助锯切已有研究，但是仍有缺陷:如在中国专利号为96195671.2中，主要运用了对称变幅杆方式使锯片获得在波腹点处的超声振动。这种方式是在特定的锯切机上将锯片和变幅杆、主轴装配连接在一起，当锯片磨损或者损坏时，无法实现超声工具的快换，互换性相对较差，导致加工过程中柔性较差。如在中国专利号201110060716.7和200920314714.4中，在超声工具与主轴连接方式上都采用特定机床标准测刀杆的整体连接方式，限制了超声工具只能在配套机床上进行加工，大大减少了超声工具的实用机床范围，同时在超声工具出现问题时，不利于更换超声振动装置，限制了其柔性制造性能。[0005]目前现有的超声振动辅助锯切装置主要是存在着结构复杂，整体化，在维修和装配时十分困难，互换性低，加工成本高，因此在实际生产中并没有得到广泛的应用。
[0006]本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种结构紧凑简单，易于装配和维修，能够与传统机床实现柔性对接的快换式超声振动辅助锯切装置。[0007]本发明采用如下技术方案:[0008]一种快换式超声振动辅助锯切装置，适用于多种机床，包括刀柄连接杆13，还包括内套筒15、外套筒25、超声波换能器19、集流装置、初级放大变幅杆31、对称变幅杆2和锯片I ;该刀柄连接杆13顶端通过弹簧夹与机床的主轴连接，底端通过上端盖14与内套筒15固定连接以带动内套筒15转动；该内套筒15穿设于外套筒25内且与外套筒25为可转动配合并与机床主轴处于同一旋转轴线上，内套筒15底部通过下端盖30和压片29进行锁固；该超声波换能器19位于内套筒15内，且连接有前盖板24和后盖板17 ;该集流装置安装于内套筒15外壁与外套筒25内壁之间，该集流装置与超声波换能器19电连接以将其接收到的高频信号传递给超声波换能器19 ;该初级放大变幅杆31顶端连接前盖板24，底端穿过下端盖30并与对称变幅杆2固定连接；该对称变幅杆2上固定有锯片I。
[0009]优选的，所述集流装置包括第一环形电极7、第二环形电极23、第一绝缘环6、第二绝缘环22、第一石墨电刷5和第二石墨电刷8，该第一绝缘环6套设于内套筒15外壁，该第二绝缘环22套设于第一绝缘环6外壁；该第一环形电极7和第一石墨电刷5位于第一绝缘环6和第二绝缘环22顶端，该第二环形电极23和第二石墨电刷8位于第一绝缘环6和第二绝缘环22底端，且第一石墨电刷5和第二石墨电刷8分别位与第一环形电极7和第二环形电极23外壁接触以实现信号传导；该第一环形电极7和第二环形电极23分别与超声波换能器19电连接。
[0010]优选的，所述外套筒25内壁和内套筒15外壁均设有支撑所述第二环形电极23和第二石墨电刷8的台阶面，所述外套筒25顶端还固定有端盖20以压紧集流装置，所述第一石墨电刷5和所述第二石墨电刷8外壁与所述外套筒25内壁之间均设有弹簧9。
[0011]优选的，所述内套筒15外壁和外套筒25内壁之间设有第一轴承4和第二轴承27，所述内套筒15外壁设有定位轴肩，该第一轴承4固定于所述台阶面底部与所述定位轴肩顶部之间，所述第二轴承27固定于所述定位轴肩底部。
[0012]优选的，所述后盖板17和前盖板24通过一螺栓16固定于所述超声波换能器19上下两端，该螺栓16外壁与所述超声波换能器19之间还设有绝缘套18 ;所述内套筒15侧壁设有第一通孔36和第二通孔38以供所述超声波换能器19的连接线穿过；所述初级放大变幅杆31顶端通过第一螺杆与所述前盖板24固定相连；所述对称变幅杆2通过第二螺杆38与所述初级放大变幅杆31底端固定连接；所述锯片I通过激光焊接于对称变幅杆2的波腹位置。
[0013]优选的，所述内套筒15底部一侧还开设有限位螺孔，一限位螺钉28穿过该限位螺孔与所述初级放大变幅杆31固定连接以阻止初级放大变幅杆31的周向转动。
[0014]优选的，所述外套筒25侧壁上还安装有快换插座21，所述外套筒25上对应设有容纳并固定该快换插座的槽33。
[0015]优选的，所述外套筒25外壁还固定连接有若干拔叉，该拔叉的自由端通过固定块与机床床身连接以阻止外套筒25周向旋转。
[0016]由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0017]1.由于本发明的快换式超声振动辅助锯切装置采用了高精度的非标准刀柄，刀柄连接杆与机床主轴通过弹簧夹连接，实现了超声振动锯切装置的完全机床附件化，通过更换弹簧夹头可以实现多直径多尺寸，不同类型的锯切工具的快速更换，装夹、拆卸更方便。
[0018]2.本发明中超声振动装置部分采用了组合装配的方式，后盖板，压电陶瓷堆，初级放大变幅杆，对称变幅杆均采用不同的螺杆连接，实现了提高各部分的互换性，也改进整体的实用性能。
[0019]3.本发明中，超声振动装置部分与内套筒只是通过节点处法兰连接，除了可以提高互换性外，还可以避免了超声装置产生振动对整个工具造成的回转误差，有利于主轴转矩的有效传递。
[0020]4.本发明中，金刚石薄锯片通过激光焊接连接在对称变幅杆波腹处，充分保证了对称变幅杆的整体有效性，提高了超声利用率，保证了连接质量。
[0021]本发明的一种适用于多种机床使用的快换式超声振动锯切工具以机床附件化形势出现，主要安装在多种机床上，结构紧凑，体型小，由于采用了柔性化的弹簧夹、刀柄连接杆连接机床主轴，因此只需提供一套匹配的超声波发生器，就可以在多种机床上实现径向超声振动辅助锯切硬脆性材料的加工，只要改变弹簧夹和刀柄连接杆，可以实现不同型号的工具连接，具有良好的互换性。



[0022]图1为本发明剖视图；
[0023]图2为本发明的整体外观图一；
[0024]图3为本发明的整体外观图二；
[0025]图4为本发明的端盖的剖视图；
[0026]图5为本发明端盖的俯视图；
[0027]图6为本发明刀柄连接杆的示意图；
[0028]图7为图6的俯视图；
[0029]图8为内套筒的剖视图；
[0030]图9为内套筒的仰视图；
[0031]图10为内套筒的俯视图；
[0032]图11为上端盖的俯视图；
[0033]图12为上端盖的剖视图；
[0034]图13为端盖的局部示意图；
[0035]图14为图13的剖视图；
[0036]图15为下端盖的局部示意图；
[0037]图16为图15的剖视图；
[0038]其中:1、锯片；2、对称变幅杆；3、第一螺钉；4、第一轴承；5、第一石墨电刷；6、第一绝缘环；7、第一环形电极；8、第二石墨电刷；9、弹簧；10、第二螺钉；11、第三螺钉；12、第四螺钉；13、刀柄连接杆；14、上端盖；15、内套筒；16、螺栓；17、后盖板；18、绝缘套；19、超声波换能器；20、端盖；21、快换插座；22、第二绝缘环；23、第二环形电极；24、前盖板；25、外套筒；26、第一螺杆；27、第二轴承；28、限位螺钉；29、压片；30、下端盖；31、初级放大变幅杆；32、第二螺杆；33、槽；34、第一螺纹孔；35、第一通孔；36、第二通孔；37、第二螺纹孔；38、第三通孔；39、第三螺纹孔；40、限位螺孔；41、第四螺纹孔；42、第四通孔；43、第五通孔；44、第六通孔。
[0039]以下通过对本发明作进一步的描述。
[0040]参照图1至图16，一种快换式超声振动辅助锯切装置，适用于多种机床，包括刀柄连接杆13、内套筒15、外套筒25、超声波换能器19、集流装置、初级放大变幅杆31、对称变幅杆2和锯片I。该刀柄连接杆13采用的是非标准刀柄，其顶端通过弹簧夹与机床的主轴连接(图中未示出)，底端设有第一通孔35。上端盖14上设有第四螺纹孔41和第四通孔42，第三螺钉11穿过刀柄连接杆13的第一通孔35与上端盖14的第四螺纹孔41固定连接，第四螺钉12穿过上端盖14的第四通孔42与内套筒15上的第三螺纹孔39固定连接，实现刀柄连接杆13带动内套筒15同步转动，采用孔轴配合以及平面配合方式是为了保证三者(刀柄连接杆13、上端盖14、内套筒15)的旋转轴线位于同一直线上，保证传动精度。该内套筒15穿设于外套筒25内且与外套筒25为可转动配合并与机床主轴处于同一旋转轴线上，内套筒15底部通过第一螺钉3穿过下端盖30上的第五通孔43和压片29与内套筒15底部的第二螺纹孔37锁固连接。另外，内套筒15外壁和外套筒25内壁之间设有第一轴承4和第二轴承27，内套筒15外壁设有定位轴肩以便于安装过程中的定位，该第一轴承4固定于外套筒台阶面底部与定位轴肩顶部之间，第二轴承27固定于定位轴肩底部。
[0041]该超声波换能器19采用压电陶瓷堆，其位于内套筒15内。后盖板17和前盖板24通过一螺栓16固定于超声波换能器19上下两端,该螺栓16外壁与超声波换能器19之间还设有绝缘套18 ;内套筒15侧壁设有第二通孔36和第三通孔38以供超声波换能器19的连接线穿过；初级放大变幅杆31顶端通过第一螺杆26与前盖板24固定相连，底端穿过下端盖30。对称变幅杆2通过第二螺杆32与初级放大变幅杆31底端固定连接。锯片I通过激光焊接于对称变幅杆2的波腹处。内套筒15底部一侧还开设有限位螺孔40，一限位螺钉28穿过该限位螺孔40与初级放大变幅杆31固定连接以阻止初级放大变幅杆31的周向转动。
[0042]该集流装置安装于内套筒15外壁与外套筒25内壁之间，该集流装置与超声波换能器19电连接以将其接收到的高频信号传递给超声波换能器19。集流装置包括第一环形电极7、第二环形电极23、第一绝缘环6、第二绝缘环22、第一石墨电刷5和第二石墨电刷8，该第一绝缘环6套设于内套筒15外壁，该第二绝缘环22套设于第一绝缘环6外壁。该第一环形电极7和第一石墨电刷5位于第一绝缘环6和第二绝缘环22顶端，该第二环形电极23和第二石墨电刷8位于第一绝缘环6和第二绝缘环22底端，且第一石墨电刷5和第二石墨电刷8分别位与第一环形电极7和第二环形电极23外壁接触以实现信号传导。该第一环形电极7和第二环形电极23分别与超声波换能器19的正、负极电连接。
[0043]进一步的，外套筒25内壁和内套筒15外壁均设有支撑第二环形电极23和第二石墨电刷8的台阶面，外套筒25顶端还开设有第一螺纹孔34，并通过第二螺钉10穿过端盖20的第六通孔44和该第一螺纹孔34以压紧集流装置，第一石墨电刷5和第二石墨电刷8外壁与外套筒25内壁之间均设有弹簧9以保证第一石墨电刷5和第二石墨电刷8与第一环形电极7和第二环形电极23接触的可靠性。外套筒25侧壁上还安装有快换插座21，夕卜套筒25上对应设有容纳并固定该快换插座21的槽33，该快换插座21用于连接超声波发生器。
[0044]该外套筒25相对于机床床身是静止的，在外套筒25外壁还固定连接有若干拔叉(图中未示出)，该拔叉的自由端通过固定块与机床床身连接以阻止外套筒25周向旋转。另外，还可将外套筒25直接固定连接于机床床身上。
[0045]开动机床主轴，此时机床的主轴旋转，在其主轴的带动弹簧夹连接的高精度刀柄连接杆13旋转，高精度刀柄连接杆13又将旋转运动传递给上端盖14，上端盖14再通过与内套筒15的连接，将旋转运动传递给超声波振动部件，从而带动后盖板17、压电陶瓷堆19、前盖板24、初级放大变幅杆31、绝缘套18、对称变幅杆2、螺栓16、第一螺杆26，第二螺杆32和锯片I的旋转，从而实现了锯片径向超声振动的锯切硬脆性材料。而外套筒25，第一、第二石墨电刷5、8，端盖20等则直接或者间接连接在机床的床身上，在工作时保持固定不动。
[0046]本发明通过超声波发生器产生高频信号，经集流装置传递给超声波换能器19，并产生超声振动，经初级放大变幅杆31放大，传到对称变幅杆2波腹位置产生一个径向振动并作用在锯片I上。本发明能够与多种机床实现柔性的对接，扩展了传统机床的加工应用，实现了超声振动辅助锯切硬脆性材料，解决了传统锯切硬脆性材料的锯切力大、材料损耗大与崩边严重等问题，具有广阔的应用前景。
[0047]上述仅为本发明的，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。