一种组合式蜂窝芯超声插切刀具 |
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| 申请号 | CN202211415559.1 | 申请日 | 2022-11-11 | 公开(公告)号 | CN115647412A | 公开(公告)日 | 2023-01-31 |
| 申请人 | 大连理工大学; | 发明人 | 董志刚; 康仁科; 晁胜豪; 王毅丹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种组合式蜂窝芯超声插切刀具，包括依次连接的转接段、延长段和切削段三部分，转接段、延长段两端均设有用于轴向 定位 的内孔台阶面或外台阶面，切削段的非切削端设有用于轴向定位的外台阶面，切削段通过延长段与转接段连接，刀具各段之间可拆卸地固定在一起。通过调整延长段尺寸，以获取不同尺寸的刀具，满足 工件 不同加工深度的要求；组合式连接可以在刀具切削段发生磨破损后，进行局部更换，而不用进行刀具整体更换，显著地提高了刀具的利用率；刀头为振幅最大 位置 ，连接处位于振动 节点 位置，通过保证各段定位台阶面之间长度，使得刀具获得最佳的振动特性；组合式的刀具结构降低了刀具的制造和使用成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种组合式蜂窝芯超声插切刀具，其特征在于，包括依次连接的转接段、延长段和切削段三部分，所述转接段、延长段两端均设有用于轴向定位的内孔台阶面或外台阶面，所述切削段的非切削端设有用于轴向定位的外台阶面，所述切削段通过延长段与转接段连接，刀具各段之间可拆卸地固定在一起。 |
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| 说明书全文 | 一种组合式蜂窝芯超声插切刀具技术领域背景技术[0003] 插切加工是蜂窝芯轮廓边界的有效加工方法。在插切过程中，插切刀具在绕轴线高速转动的同时，沿着蜂窝孔格轴向进给切入蜂窝芯，插切形成圆环形切缝；接着，刀具离开材料并移动到下一切削位置进行插切，依次沿轮廓边界插切出一系列圆环状切缝，在去除切屑后获得所需的轮廓边界。在传统高速插切加工的基础上，大连理工大学提出采用超声插切的方式加工蜂窝芯，公开了《一种超声插切加工刀具》，专利申请号201810157271.6。超声插切蜂窝芯的材料切断是由插切刀具的旋转运动、进给运动和超声振动共同完成，超声振动的加入降低了切削力，提高了轮廓的加工质量。现有的超声插切刀具为整体式刀具，面对轴向大深度沉槽、凸台、深长孔等蜂窝芯典型特征的新的加工需求，需要设计大长度插切刀具，大幅增加了刀具的制造成本。此外，为满足不同长度刀具的振动输出需求，还需要设计驱动刀具振动的专用振动系统，因而增加了超声切削系统的使用成本。目前，大长度超声插切刀具还存在缺少设计指导、振动输出性能欠佳等问题。 发明内容[0004] 针对以上不足，本发明提出了一种组合式蜂窝芯超声插切刀具。 [0005] 本发明的技术方案如下： [0006] 一种组合式蜂窝芯超声插切刀具，包括从非切削端依次连接的转接段、延长段和切削段三部分，所述转接段、延长段两端均设有用于轴向定位的内孔台阶面或外台阶面，所述切削段的非切削端设有用于轴向定位的外台阶面，所述切削段通过延长段与转接段连接，刀具各段之间可拆卸地固定在一起。 [0007] 进一步地，所述延长段为单一零件结构，其具有预设的长度，通过更换不同长度的延长段，完成整体刀具尺寸的调节。 [0008] 进一步地，所述延长段为至少两个零件组合而成，各零件均具有预设的长度，通过调整零件的个数，完成整体刀具尺寸的调节。(这两句没想好怎么合并或者并列表达，亦或是可以单独这样列出) [0009] 进一步地，所述转接段靠近超声变幅杆一端的定位台阶面与延长段定位台阶面距离为0.5N1λ，与切削段锥形孔大端距离为(N2+0.25)λ或(N2+0.75)λ，延长段定位台阶面和切削段定位台阶面距离为0.5N3λ，其中N1、N2、N3均为自然数，λ为超声波在刀具材料中的传播波长，使得切削刃末端获得最大振幅时，转接段与延长段、延长段与切削段相连接节点处的振幅最小，保证连接可靠性。 [0011] 所述转接段和延长段材料包括合金钢。 [0012] 与现有的蜂窝芯超声插切刀具相比，本组合式蜂窝芯超声插切刀具的有益效果是： [0013] ①本发明刀具延长段由一个或多个零件构成，获取不同长度的刀具，满足工件不同加工深度的要求。 [0014] ②本发明由转接段、延长段和切削段组成，组合式的连接方式可以在刀具切削段发生磨破损而不能工作时对其单独更换，显著地提高了刀具的利用率。 [0015] ③本发明通过转接段与延长段、延长段与切削段之间的定位台阶面确定轴向位置并承受轴向力和传导超声振动，保证各段长度与超声振动波长比例关系，使得刀具获得最佳的振动特性。 [0016] ④本发明的不同段安装便捷，根据超声振动特性和切削性能需求，切削段选用高速钢或硬质合金材料以保证切削性能，转接段和延长段选用合金钢材料以保证振动性能，组合式的刀具结构降低了刀具的制造和使用成本。 [0019] 本发明共有附图7张，其中： [0020] 图1是本发明超声插切刀具实施例1的外形视图。 [0021] 图2是本发明超声插切刀具实施例1的主视图。 [0022] 图3是超声插切刀具实施例1的A‑A剖视图。 [0024] 图5是本发明超声插切刀具实施例2的结构示意图。 [0025] 图6是超声插切刀具实施例2的A‑A剖视图。 [0026] 图7是本发明超声插切刀具实施例2的刀具结构与超声波波形对应关系示意图。 具体实施方式[0028] 下面结合附图对本发明进行进一步地描述。 [0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例使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的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。 [0030] 一种组合式蜂窝芯超声插切刀具，包括从非切削端依次连接的转接段、延长段和切削段三部分，所述转接段、延长段两端均设有用于轴向定位的内孔台阶面或外台阶面，所述切削段的非切削端设有用于轴向定位的外台阶面，所述切削段通过延长段与转接段连接，刀具各段之间可拆卸地固定在一起。 [0031] 进一步地，所述延长段为单一零件结构，其具有预设的长度，通过更换不同长度的延长段，完成整体刀具尺寸的调节。 [0032] 进一步地，所述延长段为至少两个零件组合而成，各零件均具有预设的长度，通过调整零件的个数，完成整体刀具尺寸的调节。 [0033] 进一步地，所述转接段靠近超声变幅杆一端的定位台阶面与延长段定位台阶面距离为0.5N1λ，与切削段锥形孔大端距离为(N2+0.25)λ或(N2+0.75)λ，延长段定位台阶面和切削段定位台阶面距离为0.5N3λ，其中N1、N2、N3均为自然数，λ为超声波在刀具材料中的传播波长，使得切削刃末端获得最大振幅时，转接段与延长段、延长段与切削段相连接节点处的振幅最小，保证连接可靠性。 [0034] 所述的切削段材料包括高速钢或硬质合金材料。 [0035] 所述转接段和延长段材料包括合金钢。 [0036] 实施例1 [0037] 如附图1、2、3、4所示，本发明实施例公开了一种组合式蜂窝芯超声插切刀具，分为转接段、延长段和切削段三部分，转接段一端通过转接段螺纹段1与超声变幅杆相连，延长段通过延长段螺纹段8与转接段另一端相连，切削段通过切削段螺纹段9与延长段相连。转接段台阶面2、延长段台阶面3和切削段台阶面4分别对转接段、延长段和切削段进行轴向定位并承受轴向力和传导超声振动。本实施例中，转接段与超声变幅杆相连的定位面为外台阶面，转接段与延长段相连的定位面为内台阶面，所述延长段与转接段相连的定位面为外台阶面，所述延长段与切削段相连的定位面为内台阶面。 [0038] 由于本申请各段主体部分的外侧均为圆柱体，作为优选的实施方式，所述转接段靠近所述转接段定位面的外壁上设有转接段扳手槽；所述延长段外壁上设有延长段扳手槽；所述切削段外壁上设有切削段扳手槽，从而便于拆卸。 [0039] 安装时，将转接段、延长段和切削段组装后，将转接段螺纹段1与超声变幅杆相连接，以转接段台阶面2作为轴向固定，通过转接段扳手槽5、延长段扳手槽6和切削段扳手槽7固定拧紧刀具。 [0040] 本组合式蜂窝芯超声插切刀具，延长段为单一零件结构，本实施例中为两端设有内孔螺纹的筒状零件，刀具各段通过螺纹相连接，也可使用锥面过盈配合实现可靠连接。转接段和切削段通过与不同长度的延长段筒状零件连接，可以获取不同尺寸的插切刀具，满足工件不同加工深度的需求。本组合式插切刀具由转接段、延长段和切削段组合而成，当用于超声加工中，如切削段发生磨破损不能继续工作时，可以对切削段单独更换，而不用更换整个刀具，显著地提高了刀具的利用率。通过设计刀具各段定位台阶定位面之间的距离，使得切削刃处于超声振幅最大位置处时，转接段与延长段、延长段与切削段相连接节点处的振幅最小，使刀具获得最佳的振动特性。该超声插切刀具由多段刀体加工装配而成，降低了加工难度和成本。此外，作为可选的实施方式，切削段使用高速钢或硬质合金等材料，其他部分使用合金钢等材料，本实施例的主要发明点是三段可采用不同的材料，仅是针对可行的一种材料进行了选择，在其他可选的实施方式中，其他能够实现本申请蜂窝芯超声插切功能的材料均在本发明的保护范围之内，本发明能够在保证切削性能的同时合理利用材料，降低了刀具的制造和使用成本。 [0041] 实施例2 [0042] 如图5、6、7所示，本发明实施例公开了一种组合式蜂窝芯超声插切刀具，分为转接段、延长段和切削段三部分，转接段一端通过转接段螺纹段1与超声变幅杆相连，延长段通过延长段螺纹段8与转接段另一端相连，切削段通过切削段螺纹段9与延长段相连。转接段台阶面2、延长段台阶面3和切削段台阶面4分别对转接段、延长段和切削段进行轴向定位并承受轴向力和传导超声振动。所述转接段靠近所述转接段定位面的外壁上设有转接段扳手槽；所述延长段外壁上设有延长段扳手槽；所述切削段外壁上设有切削段扳手槽。 [0043] 安装时，将转接段、延长段和切削段组装后，将转接段螺纹段1与超声变幅杆相连接，以转接段台阶面2作为轴向固定，通过转接段扳手槽5、延长段扳手槽6和切削段扳手槽7固定拧紧刀具。 [0044] 与实施例1不同的是，本组合式蜂窝芯超声插切刀具，两个或多个相同延长段零件间可以配合连接，延长段筒状零件一端设有外螺纹，另一端设有相等公称直径的内螺纹，所述的延长段零件之间通过内外螺纹连接组合为延长段，延长段台阶面3为延长段零件间的定位面，从而获取不同长度尺寸的刀具，以及用于轴向大深度结构加工所需要的大长度尺寸插切刀具。本组合式插切刀具由转接段、延长段和切削段组合而成，当用于超声加工中，如切削段发生磨破损不能继续工作时，可以对切削段单独更换，而不用更换整个刀具，显著地提高了刀具的利用率。通过设计刀具各段定位台阶定位面之间的距离，使得切削刃处于超声振幅最大位置处时，转接段与延长段、延长段与切削段相连接节点处的振幅最小，使刀具获得最佳的振动特性。该超声插切刀具由多段刀体加工装配而成，降低了加工难度和成本。此外，切削段使用高速钢或硬质合金材料，其他部分使用合金钢，在保证切削性能的同时合理利用材料，降低了刀具的制造和使用成本。 |
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