超声波刀柄机构及超声波组件

技术领域

本发明涉及超声波加工技术领域，特别是涉及一种超声波刀柄机构及超声波组件。

背景技术

刀柄作为机床主轴与切削刀具之间的连接件，起到刚性连接机床主轴与切削刀具的作用；为了适应旋转超声加工，将超声波振动系统集成到刀柄中，得到超声波刀柄。

超声波刀柄通常包括超声波组件及刀柄，超声波组件集成固定安装在刀柄上，然后刀具通过热装或冷压的方式装配在刀柄上。然而，若装配刀具时采用热装方式，热装时产生的高温容易对超声波组件的零件造成损坏；若采用冷压方式，冷压时产生的冲击力容易对超声波组件的零件造成损坏，而一旦超声波组件的零件受到损坏，则需要将超声波刀柄整体更换，成本较高。传统为了避免超声波组件的零件被高温损坏，通常将刀柄的尺寸设计的很长，并将超声波组件装配在刀柄离刀具较远的位置，然而这会导致超声波刀柄机构整体尺寸很长，而机床主轴上的安装空间有限。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以避免零件被损坏且优化整体尺寸的超声波刀柄机构及超声波组件。

一种超声波组件，包括：

变幅杆，所述变幅杆用于可拆卸地套设于刀柄外侧；

超声换能器，所述超声换能器设置于所述变幅杆上；及

外壳，呈中空状，所述外壳套设于所述变幅杆外侧。

在其中一个实施例中，所述变幅杆上开设有贯穿其相对两端的装配孔，所述装配孔的内侧壁上设置有装配螺纹，所述变幅杆用于通过所述装配螺纹与所述刀柄实现螺纹连接；或者

所述变幅杆上开设有贯穿其相对两端的装配孔，所述变幅杆用于通过所述装配孔与所述刀柄实现过盈配合。

在其中一个实施例中，所述变幅杆上形成有换向部，所述超声换能器设置于所述换向部上。

在其中一个实施例中，所述变幅杆的内侧壁还凸出形成有定位部，所述定位部呈倒锥形。

在其中一个实施例中，所述外壳包括侧部及底部，所述底部设置于所述侧部的底端，所述侧部的顶端形成敞口，所述底部开设有贯通孔。

在其中一个实施例中，所述变幅杆的底部向下凸出形成有焊接部，所述焊接部与所述贯通孔的内侧壁之间通过焊接的方式相连。

在其中一个实施例中，还包括电磁接收环，所述电磁接收环设置于所述外壳的敞口处，所述外壳、所述变幅杆与所述电磁接收环共同围成一容纳腔，所述超声换能器位于所述容纳腔内。

在其中一个实施例中，所述电磁接收环上开设有容置槽，所述容置槽贯穿所述电磁接收环的顶面，所述电磁接收环上还开设有通孔，所述通孔贯穿所述电磁接收环的顶面与底面，所述容置槽环绕于所述通孔，所述电磁接收环的周侧还开设有多个动平衡孔，所述动平衡孔贯穿所述电磁接收环的外侧面，所述动平衡孔与所述容置槽不连通。

在其中一个实施例中，所述电磁接收环上还开设有穿线孔，所述穿线孔的一端与所述容置槽相连通，所述穿线孔的另一端与所述容纳腔相连通。

在其中一个实施例中，所述电磁接收环包括外环、内环及底壁，所述外环与所述内环间隔相对设置，所述外环与所述内环通过所述底壁相连，所述内环、所述外环与所述底壁共同围成所述容置槽，所述穿线孔为倾斜孔；或者

所述电磁接收环包括外环、内环及底壁，所述外环与所述内环间隔相对设置，所述外环与所述内环通过所述底壁相连，所述内环、所述外环与所述底壁共同围成所述容置槽，所述穿线孔的一端贯穿所述内环的外侧面及所述内环的顶面与所述容置槽相连通。

在其中一个实施例中，所述通孔的侧壁凸出形成有防水凸环，所述防水凸环与所述变幅杆之间的间隙填充有密封胶。

一种超声波刀柄机构，包括刀柄及如上任一项所述的超声波组件，所述刀柄穿设于所述变幅杆内，且所述刀柄与所述变幅杆可拆卸地连接。

上述超声波刀柄机构及超声波组件至少具有以下优点：

由于变幅杆可拆卸地套设于刀柄外侧，超声换能器设置于变幅杆上，外壳呈中空状且外壳套设于变幅杆外侧，因此超声波组件可以作为独立的模块与刀柄进行装配。组装时，不管采用热装还是冷压方式将刀具装配到刀柄上，都可以先将刀具装配至刀柄，然后再将超声波组件组装至刀柄上。由于超声波组件组装在刀具之后，因此可以避免高温或冲击力损坏零件；而且热装时产生的高温不会对超声波组件产生影响，也就不用将刀柄的尺寸设计成很长，优化了整体尺寸。同理，拆卸时，可先将超声波组件从刀柄上拆卸下来，然后再通过对刀柄进行加热将刀具从刀柄上拆卸下来，可以避免高温损坏超声波组件的零件。即使超声波组件的零件有损坏，也可以将超声波组件从刀柄上拆卸下来，把超声波组件单独进行更换，而无需更换整个超声波刀柄机构，节约了成本。

附图说明

图1为一实施方式中的超声波刀柄机构的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2中的超声波组件的结构示意图；

图4为图3中的带动平衡孔的电磁接收环的结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为图4的另一剖视图；

图7为另一实施方式中的带动平衡孔的电磁接收环的结构示意图；

图8为图7的另一结构示意图；

图9为图7的剖视图；

图中，10、超声波刀柄机构；100、刀柄；200、超声波组件；20、刀具；210、变幅杆；220、超声换能器；230、外壳；211、装配孔；212、装配螺纹；213、换向部；214、定位部；110、定位结构；231、侧部；232、底部；233、滚珠扳手位；234、贯通孔；215、焊接部；235、卡槽；221、正极电极片；222、负极电极片；223、第一压电片；224、第二压电片；225、后盖板；240、电磁接收环；201、容纳腔；241、容置槽；242、通孔；243、动平衡孔；244、防水凸环；245、穿线孔；246、外环；247、内环；248、底壁。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1及图2，一实施方式中的超声波刀柄机构10，包括刀柄100及超声波组件200，刀柄100用于装夹刀具20。例如，刀具20可以通过热装或冷压的方式装配至刀柄100上，刀柄100穿设于超声波组件200上。

具体地，请一并参阅图3，超声波组件200包括变幅杆210、超声换能器220及外壳230，变幅杆210可拆卸地套设于刀柄100外侧。即，刀柄100穿设于变幅杆210内，且刀柄100与变幅杆210可拆卸地连接。超声换能器220设置于变幅杆210上，外壳230呈中空，外壳230套设于变幅杆210外侧。即，超声换能器220设置于中空的外壳230内，且位于变幅杆210与外壳230的侧壁之间。

由于变幅杆210可拆卸地套设于刀柄100外侧，超声换能器220设置于变幅杆210上，外壳230呈中空状且外壳230套设于变幅杆210外侧，因此超声波组件200可以作为独立的模块可拆卸地装配于刀柄100上。不管采用热装还是冷压方式将刀具20装配到刀柄100上，都可以先将刀具20装配至刀柄100，然后再将超声波组件200组装至刀柄100上。由于超声波组件200组装在刀具20之后，因此可以避免高温或冲击力损坏零件；而且热装时产生的高温不会对超声波组件200产生影响，也就不用将刀柄100的尺寸设计成很长，优化了整体尺寸。同理，拆卸时，可先将超声波组件200从刀柄100上拆卸下来，然后再通过对刀柄100进行加热将刀具20从刀柄100上拆卸下来，可以避免高温损坏超声波组件200的零件。即使超声波组件200的零件有损坏，也可以将超声波组件200从刀柄100上拆卸下来，把超声波组件200单独进行更换，而无需更换整个超声波刀柄机构10，节约了成本。

具体到本实施方式中，变幅杆210上开设有贯穿其相对两端的装配孔211，装配孔211的内侧壁上设置有装配螺纹212。对应地，刀柄100的外侧壁上形成有与之配合的外螺纹，变幅杆210通过装配螺纹212与刀柄100的外侧壁的外螺纹相配合实现螺纹连接，以实现变幅杆210可拆卸地套设于刀柄100外侧的目的。

当然，在另一实施方式中，变幅杆210上开设有贯穿其相对两端的装配孔211，变幅杆210通过装配孔211与刀柄100过盈配合的方式，实现变幅杆210可拆卸地装配于刀柄100外侧的目的。或者，在另外的实施方式中，变幅杆210还可以通过其他可拆卸地方式套设于刀柄100外。

进一步地，变幅杆210上还形成有换向部213，超声换能器220设置于换向部213上。超声换能器220产生的超声频振动通过变幅杆210的换向部213进行换向后传递至刀柄100上，进而传递至刀具20上，刀具20对工件进行超声波振动加工。具体地，换向部213为凸出形成于变幅杆210的外侧壁的环状结构。

进一步地，变幅杆210的内侧壁还凸出形成有定位部214，定位部214呈倒锥形。例如，定位部214呈“漏斗”型。对应地，刀柄100的外侧壁上凸出形成有锥形的定位结构110，定位结构110与定位部214相配合。超声波组件200由刀柄100的下方向上装配，当定位结构110与定位部214相抵时，表示超声波组件200与刀柄100装配到位。设置相配合的定位部214与定位结构110，为装配提供便利。

进一步地，外壳230包括侧部231及底部232，底部232设置于侧部231的底端，侧部231的顶端形成敞口，底部232开设有贯通孔234。具体地，外壳230的侧壁上形成有滚珠扳手位233，可以利用滚珠扳手来进行装配。侧部231的敞口和底部232的贯通孔234用于供刀柄100穿过。

进一步地，变幅杆210的底部232向下凸出形成有焊接部215，焊接部215与贯通孔234的内侧壁之间通过焊接的方式连接。一方面有利于提高外壳230与变幅杆210之间的密封性能，另一方面有利于提高外壳230与变幅杆210之间的连接稳定性。

进一步地，外壳230上还开设有卡槽235，卡槽235的底壁上形成有卡爪位，卡槽235位于滚珠扳手位233的上方，设置卡爪位利于卡爪将超声波刀柄机构10进行换刀操作。

超声换能器220包括依次层叠设置的正极电极片221、第一压电片223、负极电极片222、第二压电片224及后盖板225。具体地，后盖板225通过螺纹的方式螺接于变幅杆210上，将正极电极片221、第一压电片223、负极电极片222、第二压电片224固定在换向部213与后盖板225之间。

请参阅图3至图6，超声波组件200还包括电磁接收环240，电磁接收环240设置于外壳230的敞口处，外壳230、变幅杆210与电磁接收环240共同围成一容纳腔201，超声换能器220位于容纳腔201内。

电磁接收环240上开设有容置槽241，接收磁芯设置于容置槽241内，容置槽241贯穿电磁接收环240的顶面。电磁接收环240上还开设有通孔242，通孔242贯穿电磁接收环240的顶面与底面，容置槽241环绕于通孔242，通孔242主要供刀柄100穿过。电磁接收环240的周侧还开设有多个动平衡孔243，动平衡孔243贯穿电磁接收环240的外侧面，动平衡孔243与容置槽241不连通，防止外界的水汽进入容置槽241内而造成线圈短路或损坏。

因此，相较于传统动平衡环和电磁接收环240两者作为相互独立的零件且动平衡环通过套设在刀柄100外的方式，本方案中将动平衡孔243直接开设在电磁接收环240上，可以减少一次装配工艺，进而有效减小装配误差。而且动平衡孔243直接开设在电磁接收环240的周侧且贯穿其外侧面，而电磁接收环240的外径较大，因此将动平衡件放入动平衡孔243后动平衡调节的效果更好。

进一步地，通孔242的侧壁凸出形成有防水凸环244，防水凸环244与变幅杆210之间的间隙填充有密封胶。一方面，将电磁接收环240与变幅杆210和外壳230进行装配时，防水凸环244搭接在变幅杆210的侧壁上，再在防水凸环244与变幅杆210的侧壁之间的间隙处进行打密封胶，电磁接收环240设置接收磁芯和接收线圈后也会进行打胶，使得电磁接收环240、外壳230与变幅杆210之间共同围成一密封的容纳腔201，防止外界水汽进入容纳腔201内而对超声换能器220造成损坏。另一方面，刀柄100上对应形成有轴肩结构，轴肩抵接在防水凸环244上，防水凸环244为刀柄100提供支撑作用。

进一步地，电磁接收环240上还开设有穿线孔245，穿线孔245的一端与容置槽241相连通，穿线孔245的另一端与容纳腔201相连通。穿线孔245主要供导线穿过，导线的一端与容置槽241内的接收线圈相连，导线的另一端与超声换能器220的电极片相连，进而实现接收线圈通过导线与超声换能器220的电极片电连接。

进一步地，穿线孔245的数量为两个，且两个穿线孔245关于电磁接收环240的中心线轴对称设置。接收线圈具有两端，两端分别与超声换能器220的正电极片和负电极片电连接，因此设置两个穿线孔245，接收线圈的一端从其中一穿线孔245穿过，另一端从另一穿线孔245穿过，有利于防止线圈之间发生短路。而穿线孔245关于电磁接收环240的中心线对称，有利于保证电磁接收环240的动平衡，进而利于整个超声波刀柄机构10的动平衡。当然，在其他的实施方式中，穿线孔245的数量还可以为一个，有利于简化工艺。

电磁接收环240包括外环246、内环247及底壁248，外环246与内环247间隔相对设置，外环246与内环247通过底壁248相连，内环247、外环246与所壁共同围成容置槽241，穿线孔245为倾斜孔。即，穿线孔245从内环247的外侧面向容纳腔201的方向贯通，形成穿线孔245。这样的结构有利于保证容纳腔201内的密封性能。

当然，请参阅图7至图9，在另一实施方式中，电磁接收环240包括外环246、内环247及底壁248，外环246与内环247间隔相对设置，外环246与内环247通过底壁248相连，内环247、外环246与底壁248共同围成容置槽241，穿线孔245的一端贯穿内环247的外侧面及内环247的顶面与容置槽241相连通。这样设计的结构，有利于降低穿线孔245的开孔工艺。

进一步地，多个动平衡孔243沿电磁接收环240的周向间隔分布，且动平衡沿径向方向延伸。动平衡孔243主要是用来装配动平衡件，以调节整个超声波刀柄机构10的动平衡。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。