超声波加工系统、超声波磨削装置及镂空刀盘的制作方法

本实用新型涉及磨削加工技术领域，特别是涉及超声波加工系统、超声波磨削装置及镂空刀盘。

背景技术：

超声波加工在几十年里得到了迅猛发展，尤其是在难加工材料领域解决了很多关键的工艺问题，取得了良好的效果，因此超声波加工越来越为人们所应用。超声波加工主要用于各种硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。

超声波磨削装置主要采用超声波的方式，利用刀盘对产品的表面进行磨削、研磨抛光等等；然而，传统的刀盘由于自身结构的设计原因，容易存在超声波高频振动传导不是很均匀的现象，这就可能导致刀盘上各个磨削部的振幅不一致，无法有效保证加工工件表面的精度；同时，即便传统刀盘的振幅保持一致，但由于传统刀盘的振幅没有达到加工硬脆材料或其它难加工材料时的要求，导致加工后的产品表面加工质量达不到要求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种使超声波传导更均匀且能够加工硬脆材料的超声波加工系统、超声波磨削装置及镂空刀盘。

一种镂空刀盘，包括：

刀盘本体，包括装配部、连接部及刀盘部，所述连接部连接所述装配部与所述刀盘部，所述连接部包括第一连接段及第二连接段，所述第一连接段与所述第二连接段相邻且呈钝角或直角设置，所述刀盘部上镂空形成有减重孔；及磨削部，设置于所述刀盘部上。

在其中一个实施例中，所述刀盘部镂空形成有多个减重孔，相邻两个所述减重孔之间形成一连接筋条，所述连接筋条的一端与所述第二连接段相连接，所述第一连接段与所述装配部相连接。

在其中一个实施例中，所述刀盘部还包括形成于所述连接筋条另一端的承载环，所述承载环与各所述连接筋条的另一端均相连，所述磨削部设置于所述承载环上。

在其中一个实施例中，所述第一连接段与所述连接筋条平行设置，且均沿径向向外延伸。

在其中一个实施例中，所述第一连接段与所述第二连接段之间通过圆弧过渡连接。

在其中一个实施例中，所述装配部上开设有装配孔，所述装配孔贯穿所述装配部。

在其中一个实施例中，所述装配孔为圆锥孔，且所述装配孔的内径沿远离所述刀盘部的方向逐渐增大。

一种超声波磨削装置，包括：

如上任一项所述的镂空刀盘。

在其中一个实施例中，还包括超声波刀柄组件，所述镂空刀盘通过所述装配部装配于所述超声波刀柄组件上。

一种超声波加工系统，包括超声波发生器、机床主轴、无线电能发射接收装置，还包括如上所述的超声波磨削装置。

上述镂空刀盘至少具有以下优点：

通过结构优化设计，例如，刀盘本体的连接部采用了第一连接段和第二连接段相邻且呈角度连接设置，具体的表现为钝角或直角，当采用钝角或直角连接时，在将镂空刀盘安装在超声波刀柄组件及机床主轴后进行加工，加工后的硬脆材料或难加工材料产品的表面质量明显改善，光滑度显著提升，完全满足产品使用要求。

附图说明

图1为一实施方式中的镂空刀盘的结构示意图；

图2为图1所示镂空刀盘的另一视角的结构示意图；

图3为图1所示镂空刀盘的立体剖视图；

图4为图1所示镂空刀盘的另一视角的剖视图；

图5为一实施方式中超声波高频振动的模态分析图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型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实用新型。但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。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。

一实施方式中的超声波磨削装置，包括镂空刀盘10及超声波刀柄组件，镂空刀盘10装配于超声波刀柄组件上。具体地，请参阅图1及图2，一实施方式中的镂空刀盘10，包括刀盘本体100和磨削部200。刀盘本体100主要起承载作用，磨削部200通过刀盘本体100装配于超声波刀柄组件上。

请一并参阅图3及图4，刀盘本体100包括装配部110、连接部120及刀盘部130，连接部120连接装配部110与刀盘部130。具体地，连接部120包括第一连接段121及第二连接段122，第一连接段121与第二连接段122相邻且呈钝角或直角设置。刀盘部130上镂空形成有减重孔131，减重孔131用于减小刀盘部130的重量，进而减小整个镂空刀盘10的重量，提高镂空刀盘10的转速，进而提高镂空刀盘的工作效率。磨削部200设置于刀盘部130上。

上述镂空刀盘10至少具有以下优点：通过结构优化设计，例如，刀盘本体100的连接部120采用了第一连接段121和第二连接段122相邻且的呈角度连接设置，具体的表现为钝角或直角，当采用钝角或直角连接时，在将镂空刀盘10安装在超声波刀柄组件及机床主轴后进行加工，加工后的硬脆材料或难加工材料产品的表面质量明显改善，光滑度显著提升，完全满足产品使用要求。

如图5所示，在对该结构的镂空刀盘进行有限元分析时，在设置好材料弹性模量和边界条件后，进行模态分析，在超声波高频段时，该镂空刀盘10在磨削部200处表现出来的振动幅值完全满足超声波加工时对镂空刀盘的磨削部的振幅要求，且多个镂空刀盘的磨削部200的振幅一致，表现为超声波高频振动时，各磨削部200的振动均匀，这对于加工产品尤为重要，因为各磨削部200若振动不一致，则会对待加工产品的表面加工质量产生不良影响。

进一步地，刀盘部130镂空形成有多个减重孔131，相邻两个减重孔131之间形成一连接筋条132，连接筋条132用于保证刀盘部130的强度。连接筋条132的一端与第二连接段122相连接，第一连接段121与装配部110相连接。即，装配部110、第一连接段121、第二连接段122与连接筋条132顺次连接。

例如，在图示实施方式中，减重孔131的形状为扇形结构，减重孔131的数量为8个，8个减重孔131沿轴向间隔排布，每相邻两个减重孔131之间形成承载环一连接筋条132，即连接筋条132的数量也为8个。因此，不仅减重面积最大，而且可以保证刀盘部130的强度。当然，在其他的实施方式中，减重孔131还可以为其他形状的孔，减重孔131的数量也可以为其他数量，具体以实际需求为准设计。

进一步地，刀盘部130还包括形成于连接筋条132另一端的承载环134，承载环134与各连接筋条132的另一端均相连。即，连接筋条132的一端连接于第二连接段122，连接筋条132的另一端连接于承载环134上。磨削部200设置于承载环134上。例如，磨削部200与刀盘部130、装配部110和连接部120一体成型，磨削部200上电镀有金刚石涂层，利于对硬脆材料进行加工。

进一步地，第一连接段121与连接筋条132平行设置，且均沿径向向外延伸。即，第一连接段121为形成于装配部110外周缘的径向环形凸部。第一连接段121可以与装配部110一体成型设计。第一连接段121与第二连接段122之间通过圆弧过渡连接。具体地，圆弧为外凸圆弧。第二连接段122为相对于刀盘部130倾斜设置的薄壁结构，因此第二连接段122与第一连接段121共同围成一收容槽123的结构。

进一步地，镂空刀盘10通过装配部110装配于超声波刀柄组件上。具体地，在装配部110上开设有装配孔111，装配孔111贯穿装配部110。因此，当镂空刀盘10与超声波刀柄组件装配时，超声波刀柄组件的变幅杆伸入装配孔111内，通过螺纹紧固件（例如螺栓）将变幅杆锁紧在装配孔111内，实现镂空刀盘10与超声波刀柄组件的装配。

进一步地，装配孔111与收容槽123相连通。当螺纹紧固件将变幅杆锁紧在装配孔111内时，螺纹紧固件容纳在收容槽123内，避免螺纹紧固件凸伸于磨削部200所在的平面。

具体到本实施方式中，装配孔111为圆锥孔，且装配孔111的内径沿远离刀盘部130的方向逐渐增大。装配孔111采用圆锥孔的安装方式，同心度好，稳固性好，抗冲击性能强。当然，在其他的实施方式中，装配孔111还可以采用其他可以达到类似目的的形状的孔。

磨削部200呈圆环形，磨削部200上还开设有多个间隔设置的排屑槽210，在切削和磨削过程中，排屑槽210一方面起到散热的作用，另一方面起到排出磨削屑的作用，保障研磨质量的同时延长了磨削部200的使用寿命。

本实用新型还提供一种超声波加工系统，包括上述的超声波磨削装置，还包括超声波发生器、机床主轴、无线电能发射接收装置等零部件，超声波磨削装置安装于机床主轴上，超声波发生器产生超声波，超声波传递至镂空刀盘10的磨削部200上，以实现对工件进行超声波加工的目的。

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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。