超音波刀把及超音波刀把冷却与切屑导流系统

技术领域

本发明涉及工具机技术领域，尤其是涉及一种超音波刀把及超音波刀把冷却与切屑导流系统。

背景技术

基于优异的复合材料和硬脆材料加工性能，催生了超音波加工需求。

例如，玻璃纤维强化聚合物(GFRP)是结构核心材料(适用于航空、风能、船舶、运输、建筑等技术产业)市场的大宗，由于GFRP具有优异的材料特性，减轻了整体重量又具有相当的经济特性，因此广泛使用于航空及汽车产业。

复合材料加工采用超音波刀把配合超音波振荡子，然而目前遭遇问题是，考虑材料污染问题，复合材料加工过程无法使用液态切削液。少了液态切削液冷却，超音波振荡子自身所产生的热与切削热累积无法散去，导致加工精度降低并造成超音波频率飘移。此外，复合材料加工产生细微粉尘，不仅影响人员健康，且会缩短机台寿命。

现有的解决方法是，以冷却水或冷压气体，经导管或壳体传递至超音波振荡子热源处，对超音波振荡子进行冷却后，将热源直接排出超音波刀把外部。至于细微粉尘则是利用高压气体形成气墙防止切屑喷飞。但是上述现有方法不仅冷却及排屑的效果不彰，超音波振荡子及刀具无法有效散热、粉尘收集效率不佳，而且会增加整体机台体积，造成机台结构复杂。

据此，如何发展出一种对超音波刀把能有效冷却及排屑，且结构简单的「超音波刀把及超音波刀把冷却与切屑导流系统」，是相关技术领域人士亟待解决的课题。

发明内容

在一实施例中，本发明提出一种超音波刀把，其包含：

刀座，设置于工具机主轴，刀座的底部具有环形出气通道，环形出气通道由内环与外环构成，外环套设于内环外，内环具有相对的第一面与第二面，外环具有相对的第三面与第四面，第一面与第三面相互平行且具有一间隙，间隙的上下两端分别为一进气端与一出气端，第二面的底部具有一内侧斜面，内侧斜面与第一面之间具有第一夹角，第四面的底部具有外侧斜面，外侧斜面与第三面之间具有第二夹角；以及

超音波振荡子，设置于刀座的腔室内，提供超音波振荡作用于一刀具，腔室与间隙形成通路。

在一实施例中，本发明提出一种具有本发明所提供的超音波刀把的超音波刀把冷却与切屑导流系统，其包含：

压缩空气产生装置，提供压缩空气进入超音波刀把；

集尘罩，罩设于超音波刀把的外围，集尘罩的底部开放；以及

抽气装置，连通集尘罩的内部，提供抽吸力使压缩空气进入刀座后，流经腔室，由进气端进入环形出气通道，由出气端流出刀座后，再将压缩空气抽吸出集尘罩。

附图说明

图1为本发明的超音波刀把设置于工具机主轴的结构示意图；

图2为图1的A部放大结构示意图；

图3为本发明的超音波刀把冷却与切屑导流系统的架构示意图；

图4为本发明的超音波刀把冷却与切屑导流系统的压缩空气流动路径的示意图。

符号说明

100:超音波刀把

10:刀座

13:腔室

14:通道

20:刀具

30:超音波振荡子

40:工具机主轴

50:待加工件

60:环形出气通道

61:内环

611:第一面

612:第二面

613:内侧斜面

614:顶部斜面

62:外环

621:第三面

622:第四面

623:外侧斜面

200:超音波刀把冷却与切屑导流系统

202:空气供应器

204:第一过滤器

205:压缩空气产生装置

2051:马达

206:第二过滤器

208:喷油器

210:压力调节器

212:压力计

213:集尘罩

2131:毛刷

214:粉尘滤除器

218:抽气装置

C:轴心方向

D:差距

G:间隙

G1:进气端

G2:出气端

H

L:长度方向

PA:压缩空气

PAC:滤除粉尘的干净压缩空气

PAD:含有加工粉尘的压缩空气

θ1:第一夹角

θ2:第二夹角

θ3:第三夹角

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明所提供的一种超音波刀把100，包含一刀座10及一超音波振荡子30，其中一刀具20设置于该刀座10的底部。

刀座10适于设置于工具机主轴40，刀座10的底部具有环形出气通道60。环形出气通道60可呈任意环状，例如，圆环状。

环形出气通道60由一内环61与一外环62构成。外环62套设于内环61外。内环61具有相对的第一面611与第二面612，外环62具有相对的第三面621与第四面622。第一面611与第三面621相互平行且具有一间隙G。间隙G的上下两端分别为一进气端G1与一出气端G2。间隙G大于0毫米(mm)且等于或小于1.2毫米。

第二面612的底部具有一内侧斜面613，内侧斜面613与第一面611之间具有一第一夹角θ1。第四面622的底部具有一外侧斜面623，外侧斜面623与第三面621之间具有一第二夹角θ2。第一角度θ1与第二角度θ2大于0度且等于或小于45度。第一角度θ1大于或等于第二角度θ2。

第一面611的顶部具有一顶部斜面614，顶部斜面614与第三面621之间形成一第三夹角θ3，第三夹角θ3大于或等于0度且等于或小于45度。如此，使得进气端G1与间隙G配合可呈现漏斗状，但不予以限制。

内环61的底缘的水平高度H

刀具20设置于刀座10的底部，刀具20的轴心方向C与第一面611或第三面621相互平行。一般而言，刀座10、刀具20、超音波振荡子30与工具机主轴40同轴设置。刀具20是用以对待加工件(图中未示出)进行加工，刀具20的型态视所需加工的待加工件不同而异，待加工件例如可为玻璃纤维强化聚合物(GFRP)等的复合材料和硬脆材料。

超音波振荡子30设置于刀座10的腔室13内且位于刀具20的上方，提供超音波振荡作用于刀具20。腔室13与间隙G通过一通道14形成一通路。通道14的型态不限图示态样，可连通腔室13与间隙G即可。

压缩空气PA进入腔室13后，可由通道14进入环形出气通道60而后流出刀座10，如图2虚线路径所示。

请参阅图3及图4所示，本发明所提供的超音波刀把冷却与切屑导流系统200，其包含超音波刀把100、压缩空气产生装置205、集尘罩213及抽气装置218。

压缩空气产生装置205用以提供压缩空气PA。

集尘罩213罩设于超音波刀把100的外围，集尘罩213的底部开放。集尘罩213的长度方向L平行刀具20的轴心方向C具有可伸缩性，在本实施例中，集尘罩213具有如灯笼般的连续皱折，但不限于此。在集尘罩213的底部的周缘设有毛刷2131可抵靠于待加工件50的顶部。

抽气装置218连通集尘罩213的内部并提供抽吸力。

在图3所示架构中，超音波刀把冷却与切屑导流系统200还包括一空气供应器202、一第一过滤器204、一第二过滤器206、一喷油器208、一压力调节器210、一压力计212、一粉尘滤除器214。

空气供应器202提供空气进入第一过滤器204，由第一过滤器204对空气进行初步过滤，而后进入压缩空气产生装置205。

压缩空气产生装置205通过马达2051提供驱动力以产生压缩空气PA依序通过第二过滤器206、喷油器208、压力调节器210、压力计212之后，可将压力合乎需求且干净的压缩空气PA送入超音波刀把100。

请参阅图4所示，压缩空气PA首先进入工具机主轴40，再流入超音波刀把100的刀座10。当压缩空气PA进入刀座10后，首先流经腔室13通过气流带走超音波震荡子30的热量，对超音波振荡子30进行冷却，能避免超音波频率飘移现象。

而后，请参阅图2与图4所示，压缩空气PA经由通道14由进气端G1进入环形出气通道60，再由出气端G2流出刀座10。由于刀座10具有特殊的环形出气通道60设计，因此可以使得压缩空气PA于流出环形出气通道60后形成强劲气流，用于对刀具20进行冷却，如图4所示。

必须说明的是，由于环形出气通道60为一环形通道，因此压缩空气PA由环形出气通道60流出时会于刀具20外围形成一以轴心方向C为中心的环形气幕，图4显示两道压缩空气PA由刀座10的底部喷出仅作为示意图，并不代表仅有两道压缩空气PA喷出。

请参阅图4所示，当压缩空气PA由刀座10流出后，会与待加工件50产生碰撞而转而向上，并与集尘罩213内的加工粉尘混合，形成含有加工粉尘的压缩空气PAD。通过集尘罩213底部周缘的毛刷2131抵靠于待加工件50的顶部，不仅可将加工粉尘包围于集尘罩213内，并可减少压缩空气PA、PAD外泄。

而后，通过图3所示抽气装置218所提供的抽吸力可将集尘罩213内的含有加工粉尘的压缩空气PAD由集尘罩213的内部抽出。请参阅图3所示，含有加工粉尘的压缩空气PAD进入粉尘滤除器214后，由粉尘滤除器214将粉尘过滤至粉尘收集器216中，再由抽气装置218将已滤除粉尘的干净压缩空气PAC排出。

综上所述，本发明所提供的超音波刀把及超音波刀把冷却与切屑导流系统，利用压缩空气流经超音波刀震荡子腔室，通过气流带走超音波震荡子热量，对超音波振荡子直接进行冷却，以及，超音波刀把具有特殊的环形出气通道设计，利用少量压缩空气吹出“层流态”气流，同时吸入大量环境空气，从而产生比所消耗压缩空气更大的强劲气流，经验证可最高至40倍，用于对刀具进行冷却，并提高粉尘回收效果；以及，通过集尘罩内的环型气幕阻挡飞溅的切削粉尘，搭配优化集尘出风口设计提高粉尘回收效率。结构简单，效率佳，可有效解决超音波振荡子及刀具无法有效散热，切削复合材料粉尘收集效率不佳等问题。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。