[发明专利]用于在刀具上产生旋转超声振动的装置

说明书

本发明涉及一种用于在刀具上产生旋转超声振动的装置。具体 地，在旋转刀具上利用该装置在旋转方向上产生超声振动。

在不同的技术领域中，高性能的材料(例如像耐热镍基合金、钛或 铬-钴合金，或者纤维增强塑料)被日益广泛地使用。然而，高性能材 料不但对操作期间出现的负荷，而且对机加工操作带来巨大阻力。在 这种背景下开发了混合机加工装置，其中切屑的去除通过叠加超声振 动来支持。

例如DE102008052326A1示出了使用压电剪切振荡器以用于产 生用于机加工目的的旋转超声振动。这里超声振动在刀具的旋转方向 上起作用。然而，压电剪切振荡器仅能产生非常小的振荡幅度，同时 出现不希望的力流。

发明内容

本发明的目的是指出一种用于在刀具上产生旋转超声振动的装 置，该装置允许在刀具的旋转方向上的刀具超声振动，同时具有成本 有效的设计，且表现出低维护操作。

该目的通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求涉及本发明 的有益改进。

因此，该目的通过用于在刀具上产生旋转超声振动的装置实现。 该装置包括第一部分。所述第一部分设计用于装置与机床主轴的旋转 固定连接。所述主轴围绕旋转轴线旋转。此外，该装置包括第二部分。 第二部分设计用于装置与刀具的旋转固定连接。这两个部分(即，装置 的第一部分和第二部分)经由爪式联接器以旋转固定方式彼此连接。所 述爪式联接器设计为第一部分和第二部分的整体构件。爪式联接器以 形状配合的方式连接这两个部分。所述形状配合包括至少一个第一斜 面在第一部分上和至少一个第二斜面在第二部分上。所述两个斜面彼 此相对，使得围绕旋转轴线的转矩可从第一部分传递到第二部分。此 外，该装置包括至少一个压电振荡元件。压电振荡元件定位在爪式联 接器的两个侧面之间。当施加电压至压电振荡元件时，所述元件将膨 胀或收缩。由此可产生围绕旋转轴线的旋转超声振动。借助于根据本 发明的装置，一方面转矩从机床的旋转轴线传递到刀具，且另一方面 所述旋转运动同时与超声振动叠加。

根据本发明，因为刀具的旋转运动与超声振动叠加，故可以减少 机加工期间的切削力。这通过借助超声振动中断切削操作来完成。与 无超声振动的传统加工过程相比，这导致更有利的切屑形成。此外， 根据本发明的装置允许对传统上不能切削的材料或切削起来不经济 的材料进行切削。由于切削力减小且出现减小的摩擦，故刀具磨损减 小。同时旋转超声振动允许工件上非常好的表面粗糙度和小的毛刺形 成。特别地，减小的刀具磨损允许刀具良好的尺寸稳定性。

优选地，第一部分包括在旋转轴线方向上延伸的多个第一卡爪。 相应地，第二部分包括在旋转轴线方向上延伸的多个第二卡爪。每个 第一卡爪包括两个第一侧面。每个第二卡爪包括两个第二侧面。第一 卡爪和第二卡爪在爪式联接器上彼此咬合，以便转矩在多个侧面上且 因此在尽可能大的区域上从第一部分传递到第二部分。对于本领域技 术人员显而易见的是，必须有至少一个第一侧面和第二侧面以用于传 递转矩。在一个有利的构造中提供了具有相应的许多侧面的多个卡 爪。因此，压电振荡元件优选在所有侧面或多个侧面之间使用。单个 压电振荡元件然后设置在第一侧面和第二侧面之间。

优选地设置为，至少一个压电振荡元件是厚度振荡器，即，纵向 或横向振荡器。根据本发明，压电振荡元件设置在爪式联接器的第一 侧面和第二侧面之间。因此有可能使用简单的压电振荡元件，其在施 加电压后将增加或减小其厚度。此处压电振荡元件优选地设置为使其 在与周向方向相切的方向上改变它们的厚度以用于产生旋转超声振 动。此处周向方向限定为围绕主轴的旋转轴线。因此，根据本发明不 需要使用剪切振荡器。

当使用多个卡爪和多个压电振荡元件时，压电振荡元件优选地围 绕旋转轴线同心地设置。压电振荡元件优选地设置得离旋转轴线尽可 能远以施加尽可能大的转矩。

优选地，所有使用的压电振荡元件关于它们的极性和接触设置， 使得在产生旋转超声振动期间，可在相同方向上作用。因此压电振荡 元件不会相互干扰。

优选地，设置为使装置的两个部分经由至少一个张力元件互相连 接。所述张力元件优选地在旋转轴线方向上延伸。特别地，张力元件 设置为与旋转轴线同轴。该两个部分优选地借助于张力元件螺纹连接 在一起。