TWI556891B - 超音波振動輔助車削裝置 - Google Patents

Description

超音波振動輔助車削裝置

本發明是關於一種車削裝置，特別是關於一種超音波振動輔助車削裝置。

隨著工業的加速發展，加工裝置之加工精度的要求越來越高，特別是對較硬材料(如氧化鋁、氧化鋯、藍寶石、矽、石英、鎢、工具鋼)進行加工時，傳統之刀具已無法達成高精度及高效率的切削需求。

於西元1970年出現了以超音波振動輔助切削之加工技術，其發現藉由超音波振動輔助加工時，可有效提高加工表面之精度、降低切削溫度及減少切屑黏附、並可有效降低刀具所承受的切削力。然而加工裝置於加工時會承受一定程度之切削力，因此，如何將振動裝置設於加工裝置上使其能形成超音波之振動並能承受切削之切削力則成為了現今超音波振動輔助切削的發展目標。

本發明的主要目的在於將車刀以懸臂組及固定座組固定於第一固定板及第二固定板之間，並將振動件安裝於車刀之刀柄部，使得車削裝置不但可承受切削時所產生之切削力，且車刀之刀刃固定部可產生超音波之振動，可有效提高加工表面之精度、降低切削溫度及減少切屑黏附。

本發明之一種超音波振動輔助車削裝置包含一第一固定板、一第二固定板、一車刀、一懸臂組、一固定座組及一振動件，該車刀具有一刀刃固定部及一刀柄部，該刀柄部位於該第一固定板及該第二固定板之間，且該刀柄部具有一第一端及一第二端，該刀刃固定部結合於該第一端，該懸臂組位於該第一固定板及該第二固定板之間，該懸臂組具有一結合部，該結合部圍繞有一容置空間，該刀柄部之該第一端固定於該容置空間，該固定座組位於該第一固定板及該第二固定板之間，該固定座組具有一固定部，該固定部圍繞有一限位空間，該刀柄部之該第二端限位於該限位空間，該振動件設置於該車刀之該刀柄部。

本發明之該超音波振動輔助車削裝置藉由該車刀之該刀柄部設置有該振動件，使得該振動件產生超音波之振動時，該車刀亦可產生超音波之振動，能有效進而提高加工之精度及降低切削溫度，且藉由該懸臂組及該固定座組將該車刀固定於該第一固定板及該第二固定板之間，使得該車刀可承受切削時的切削力。

請參閱第1及2圖，為本發明之一實施例，一種超音波振動輔助車削裝置100包含一第一固定板110、一第二固定板120、一車刀130、一懸臂組140、一固定座組150、一振動件160、一安裝件組170及一第三固定板180，其中該車刀130、該懸臂組140、該固定座組150、該振動件160、該安裝件組170及該第三固定板180位於該第一固定板110及該第二固定板120之間，且該第三固定板180的兩端分別結合於該第一固定板110及該第二固定板120，以間隔並固定該第一固定板110及該第二固定板120，該振動件160設置於該車刀130上並接收高頻之訊號以產生超音波振動。

請參閱第1及2圖，該車刀130具有一刀刃固定部131及一刀柄部132，該刀柄部132位於該第一固定板110及該第二固定板120之間，在本實施例中，藉由該懸臂組140及該固定座組150將該刀柄部132固定於該第一固定板110及該第二固定板120之間，其中該刀柄部132具有一第一端132a及一第二端132b，該刀刃固定部131結合於該第一端132a，且該刀刃固定部131凸出於該第一固定板110及該第二固定板120之間所界定之空間以對加工物進行加工。

請參閱第2、3、4及5圖，該懸臂組140具有一第一懸臂141、一第二懸臂142及一結合部143，該結合部143圍繞有一容置空間A，該刀柄部132之該第一端132a固定於該第一懸臂141及該第二懸臂142之間，且該刀柄部132之該第一端132a固定於該容置空間A中，該第一懸臂141具有一第一固定端141a及一第二固定端141b，該第一固定端141a結合於該第一固定板110，該第二固定端141b結合於該第二固定板120，該第二懸臂142具有一第三固定端142a及一第四固定端142b，該第三固定端142a結合於該第一固定板110，該第四固定端142b結合於該第二固定板120。請參閱第2及3圖，較佳的，該第一固定板110具有一第一上表面111、一第一下表面112、一第一通孔113及一第二通孔114，該第一通孔113及該第二通孔114連通該第一上表面111及該第一下表面112，該第二固定板120具有一第二上表面121、一第二下表面122、一第三通孔123及一第四通孔124，該第三通孔123及該第四通孔124連通該第二上表面121及該第二下表面122。請參閱第3圖，該第一懸臂141之該第一固定端141a插設於該第一通孔113中，該第一懸臂141之該第二固定端141b插設於該第三通孔123中，該第二懸臂142之該第三固定端142a插設於該第二通孔114中，該第二懸臂142之該第四固定端142b插設於該第四通孔124中，其中第一通孔113具有一第一孔壁113a，該第一固定端141a及該第一孔壁113a之間具有一第一間隙，該第二通孔114具有一第二孔壁114a，該第三固定端142a及該第二孔壁114a之間具有一第二間隙，該第三通孔123具有一第三孔壁123a，該第二固定端141b及該第三孔壁123a之間具有一第三間隙，該第四通孔124具有一第四孔壁124a，該第四固定端142b及該第四孔壁124a之間具有一第四間隙，由於該刀柄部132之該第一端132a被固定於該第一懸臂141及該第二懸臂142上，因此該些間隙的設置是為了避免該振動件160所產生之振動被該懸臂組140與該第一固定板110及該第二固定板120之間的應力抵消，而使該車刀130隨該振動件160產生超音波之振動。

請參閱第4及5圖，該第一懸臂141具有一第一結合部141c、一第一共振部141d及一第二共振部141e，該第二懸臂142具有一第二結合部142c、一第三共振部142d及一第四共振部142e。請參閱第4圖，該第一懸臂141之該第一結合部141c位於該第一固定端141a及該第二固定端141b之間，其中該第一結合部141c具有一第一側壁141f、一第一上凸緣141g及一第一下凸緣141h，該第一上凸緣141g及該第一下凸緣141h凸出於該第一側壁141f。相同地，請參閱第5圖，該第二懸臂142之該第二結合部142c位於該第三固定端142a及該第四固定端142b之間，該第二結合部142c具有一第二側壁142f、一第二上凸緣142g及一第二下凸緣142h，該第二側壁142f朝向該第一側壁141f，該第二上凸緣142g及該第二下凸緣142h凸出於該第二側壁142f。請參閱第3、4及5圖，該第一側壁141f、該第一上凸緣141g、該第一下凸緣141h、該第二側壁142f、該第二上凸緣142g及該第二下凸緣142h構成該容置空間A，以使該刀柄部132之該第一端132a可穩固地固定於該容置空間A中。

為使該車刀130能與該振動件160更容易地產生共振，請參閱第4及5圖，請參閱第4圖，該第一懸臂141之該第一共振部141d位於該第一固定端141a及該第一結合部141c之間，該第二共振部141e位於該第二固定端141b及該第一結合部141c之間，該第一共振部141d之厚度小於該第一固定端141a及該第一結合部141c之厚度，該第二共振部141e之厚度小於該第二固定141b端及該第一結合部141c之厚度。相同地，請參閱第5圖，該第二懸臂142之該第三共振部142d位於該第三固定端142a及該第二結合部142c之間，該第四共振部142e位於該第四固定端142b及該第二結合部142c之間，該第三共振部142d之厚度小於該第三固定端142a及該第二結合部142c之厚度，該第四共振部142e之厚度小於該第四固定142b端及該第二結合部142c之厚度。藉由該第一懸臂141之該第一共振部141d及該第二共振部141e以及該第二懸臂142之該第三共振部142d及該第四共振部142e可使該車刀130與該振動件160之振動產生共振而形成超音波之振動。

請參閱第2及3圖，該第一固定板110具有一第一定位槽115，該第一定位槽115凹設於該第一上表面111，該第二固定板120具有一第二定位槽125，該第二定位槽125凹設於第二下表面122，請參閱第3、4及5圖，該第一懸臂141之該第一固定端141a具有一第一凹槽S1，該第二懸臂142之該第三固定端142a具有一第三凹槽S3，該第一凹槽S1及該第三凹槽S3與該第一固定板110之該第一定位槽115重合，一第一壓條116設置於該第一定位槽115中，該第一懸臂141之該第二固定端141b具有一第二凹槽S2，該第二懸臂142之該第四固定端142b具有一第四凹槽S4，該第二凹槽S2及該第四凹槽S4與該第二固定板120之該第二定位槽125重合，一第二壓條126設置於該第二定位槽125中，該第一懸臂141及該第二懸臂142被限位於該第一壓條116及該第二壓條126之間，使該車刀130能被穩固地固定於該第一固定板110及該第二固定板120之間。

請參閱第2及3圖，該刀柄部132之該第一端132a具有一貫穿孔132d，該第一懸臂141具有一第一穿孔H1，該第二懸臂142具有一第二穿孔H2，該貫穿孔132d、該第一穿孔H1及該第二穿孔H2構成一定位孔H3，一定位銷133插設於該定位孔H3中。以將該刀柄部132之該第一端132a限位於該第一懸臂141及該第二懸臂142之間，其中該定位銷133之一端抵觸且緊密配合於該第三固定板180，以使該第三固定板180可分擔該車刀130於切削時產生之應力。

請參閱第2及6圖，該刀柄部132具有一振動部132c，該振動部132c位於該第一端132a及該第二端132b之間，該振動部132c具有一安裝槽132e，該振動件160安裝於該安裝槽132e，該安裝件組170圍繞該刀柄部132之該振動部132c，該安裝件組170具有一第一安裝件171及一第二安裝件172，該第一安裝件171及該第二安裝件172分別位於該刀柄部132之兩側，該第一安裝件171具有一第一結合端171a、一第二結合端171b及一抵觸部171c，該抵觸部171c位於該第一結合端171a及該第二結合端171b之間，該抵觸部171c抵觸該振動件160，該第二安裝件172具有一第三結合端172a及一第四結合端172b，該第三結合端172a結合於該第一結合端171a，該第四結合端172b結合於該第二結合端171b，以將該振動件160固定於該安裝槽132e中，並確保該振動件160可帶動該車刀130振動。

請參閱第2及7圖，該固定座組150具有一固定部153，該固定部153圍繞有一限位空間L，該刀柄部132之該第二端132b限位於該限位空間L，在本實施例中，該固定座組150具有一第一固定座151及一第二固定座152，該第一固定座151設置於該第一固定板110，該第二固定座152設置於該第二固定板120，該第一固定座151具有一第一固定凹槽151a，該第二固定座152具有一第二固定凹槽152a，該第一固定凹槽151a及該第二固定凹槽152a構成該限位空間L，請參閱第7圖，該第一固定凹槽151a具有一第一槽底面151b，該第二固定凹槽152a具有一第二槽底面152b，該第一槽底面151b至該第二槽底面152b之間具有一間距D，該間距D大於該刀柄部132之厚度，且該第一固定凹槽151a及該第二固定凹槽152a之寬度大於該刀柄部132之寬度，使該第一固定凹槽151a及該第二固定凹槽152a與該車刀130之間具有餘裕，可使該車刀130較容易產生振動。

請參閱第2及8圖，該超音波振動輔助裝置100之該第三固定板180設置有一轉接座190，該轉接座190可視刀座的不同而有不同形式，以使該超音波振動輔助車削裝置100能適用於多種刀座。在本實例中是以複式刀座作為刀座，但本發明並不在此限。

本發明之該超音波振動輔助車削裝置100藉由該車刀130之該刀柄部132設置有該振動件160，使得該振動件160產生超音波之振動時，該車刀130亦可產生超音波之振動，能有效進而提高加工之精度並降低切削溫度，且藉由該懸臂組140及該固定座組150將該車刀130固定於該第一固定板110及該第二固定板120之間，使得該車刀130可承受切削時的切削力。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100‧‧‧超音波振動輔助車削裝置
110‧‧‧第一固定板
111‧‧‧第一上表面
112‧‧‧第一下表面
113‧‧‧第一通孔
113a‧‧‧第一孔壁
114‧‧‧第二通孔
114a‧‧‧第二孔壁
115‧‧‧第一定位槽
116‧‧‧第一壓條
120‧‧‧第二固定板
121‧‧‧第二上表面
122‧‧‧第二下表面
123‧‧‧第三通孔
123a‧‧‧第三孔壁
124‧‧‧第四通孔
125‧‧‧第二定位槽
126‧‧‧第二壓條
124a‧‧‧第四孔壁
130‧‧‧車刀
131‧‧‧刀刃固定部
132‧‧‧刀柄部
132a‧‧‧第一端
132b‧‧‧第二端
132c‧‧‧振動部
132d‧‧‧貫穿孔
132e‧‧‧安裝槽
133‧‧‧定位銷
D‧‧‧間距
140‧‧‧懸臂組
141‧‧‧第一懸臂
141a‧‧‧第一固定端
141b‧‧‧第二固定端
141c‧‧‧第一結合部
141d‧‧‧第一共振部
141e‧‧‧第二共振部
141f‧‧‧第一側壁
141g‧‧‧第一上凸緣
141h‧‧‧第一下凸緣
142‧‧‧第二懸臂
142a‧‧‧第三固定端
142b‧‧‧第四固定端
142c‧‧‧第二結合部
142d‧‧‧第三共振部
142e‧‧‧第四共振部
142f‧‧‧第二側壁
142g‧‧‧第二上凸緣
142h‧‧‧第二下凸緣
143‧‧‧結合部
150‧‧‧固定座組
151‧‧‧第一固定座
151a‧‧‧第一固定凹槽
151b‧‧‧第一槽底面
152‧‧‧第二固定座
152a‧‧‧第二固定凹槽
152b‧‧‧第二槽底面
153‧‧‧固定部
160‧‧‧振動件
170‧‧‧安裝件組
171‧‧‧第一安裝件
171a‧‧‧第一結合端
171b‧‧‧第二結合端
171c‧‧‧抵觸部
172‧‧‧第二安裝件
172a‧‧‧第三結合端
172b‧‧‧第四結合端
180‧‧‧第三固定板
190‧‧‧轉接座
A‧‧‧容置空間
L‧‧‧限位空間
S1‧‧‧第一凹槽
S2‧‧‧第二凹槽
S3‧‧‧第三凹槽
S4‧‧‧第四凹槽
H1‧‧‧第一穿孔
H2‧‧‧第二穿孔
H3‧‧‧定位孔

第1圖：依據本發明之一實施例，一種超音波振動輔助車削裝置之立體組合圖。 第2圖：依據本發明之一實施例，該超音波振動輔助車削裝置之立體分解圖。 第3圖：依據本發明之一實施例，該超音波振動輔助車削裝置之立體剖視圖。 第4圖：依據本發明之一實施例，一第一懸臂之立體圖。 第5圖：依據本發明之一實施例，一第二懸臂之立體圖。 第6圖：依據本發明之一實施例，該超音波振動輔助車削裝置之立體剖視圖。 第7圖：依據本發明之一實施例，該超音波振動輔助車削裝置之立體剖視圖。 第8圖：依據本發明之一實施例，該超音波振動輔助車削裝置安裝於一複式刀座之立體圖。

100‧‧‧超音波振動輔助車削裝置

110‧‧‧第一固定板

120‧‧‧第二固定板

130‧‧‧車刀

140‧‧‧懸臂組

150‧‧‧固定座組

160‧‧‧振動件

170‧‧‧安裝組件

180‧‧‧第三固定板

190‧‧‧轉接座

Claims (17)

1. 一種超音波振動輔助車削裝置，其包含：一第一固定板；一第二固定板；一車刀，具有一刀刃固定部及一刀柄部，該刀柄部位於該第一固定板及該第二固定板之間，且該刀柄部具有一第一端及一第二端，該刀刃固定部結合於該第一端；一懸臂組，位於該第一固定板及該第二固定板之間，該懸臂組具有一第一懸臂、一第二懸臂及一結合部，該結合部圍繞有一容置空間，該刀柄部之該第一端固定於該容置空間，且該第一端固定於該第一懸臂及該第二懸臂之間，該第一懸臂具有一第一固定端及一第二固定端，該第一固定端結合於該第一固定板，該第二固定端結合於該第二固定板，該第二懸臂具有一第三固定端及一第四固定端，該第三固定端結合於該第一固定板，該第四固定端結合於該第二固定板；一固定座組，位於該第一固定板及該第二固定板之間，該固定座組具有一固定部，該固定部圍繞有一限位空間，該刀柄部之該第二端限位於該限位空間；以及一振動件，設置於該車刀之該刀柄部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第一懸臂具有一第一結合部，該第一結合部位於該第一固定端及該第二固定端之間，該第一結合部具有一第一側壁、一第一上凸緣及一第一下凸緣，該第一上凸緣及該第一下凸緣凸出於該第一側壁。
3. 如申請專利範圍第2項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第一懸臂具有一第一共振部及一第二共振部，該第一共振部位於該第一固定端及該第一結合部之間，該第二共振部位於該第二固定端及該第一結合部之間，該第一共振部之厚度小於該第一固定端及該第一結合部之厚度，該第二共振部之厚度小於該第二固定端及該第一結合部之厚度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第二懸臂具有一第二結合部，該第二結合部位於該第三固定端及該第四固定端之間，該第二結合部具有一第二側壁、一第二上凸緣及一第二下凸緣，該第二側壁朝向該第一側壁，該第二上凸緣及該第二下凸緣凸出於該第二側壁，其中該第一側壁、該第一上凸緣、該第一下凸緣、該第二側壁、該第二上凸緣及該第二下凸緣構成該容置空間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第二懸臂具有一第三共振部及一第四共振部，該第三共振部位於該第三固定端及該第二結合部之間，該第四共振部位於該第四固定端及該第二結合部之間，該第三共振部之厚度小於該第三固定端及該第二結合部之厚度，該第四共振部之厚度小於該第四固定端及該第二結合部之厚度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第一固定板具有一第一通孔及一第二通孔，該第二固定板具有一第三通孔及一第四通孔，該第一懸臂之該第一固定端插設於該第一通孔中，該第一懸臂之該第二固定端插設於該第三通孔中，該第二懸臂之該第三固定端插設於該第二通孔中，該第二懸臂之該第四固定端插設於該第四通孔中。
7. 如申請專利範圍第6項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第 一通孔具有一第一孔壁，該第一固定端及該第一孔壁之間具有一第一間隙，該第二通孔具有一第二孔壁，該第三固定端及該第二孔壁之間具有一第二間隙，該第三通孔具有一第三孔壁，該第二固定端及該第三孔壁之間具有一第三間隙，該第四通孔具有一第四孔壁，該第四固定端及該第四孔壁之間具有一第四間隙。
8. 如申請專利範圍第6項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第一固定板具有一第一上表面、一第一下表面及一第一定位槽，該第一定位槽凹設於該第一上表面，該第一懸臂之該第一固定端具有一第一凹槽，該第二懸臂之該第三固定端具有一第三凹槽，該第一凹槽及該第三凹槽與該第一固定板之該第一定位槽重合，一第一壓條設置於該第一定位槽中。
9. 如申請專利範圍第8項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第二固定板具有一第二上表面、一第二下表面及一第二定位槽，其中該第二定位槽凹設於第二下表面，該第一懸臂之該第二固定端具有一第二凹槽，該第二懸臂之該第四固定端具有一第四凹槽，該第二凹槽及該第四凹槽與該第二固定板之該第二定位槽重合，一第二壓條設置於該第二定位槽中，其中該第一懸臂及該第二懸臂被限位於該第一壓條及該第二壓條之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該刀柄部之該第一端具有一貫穿孔，該第一懸臂具有一第一穿孔，該第二懸臂具有一第二穿孔，該貫穿孔、該第一穿孔及該第二穿孔構成一定位孔，一定位銷插設於該定位孔中。
11. 如申請專利範圍第1項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該刀柄部具有一振動部，該振動部位於該第一端及該第二端之間，該振動部具有 一安裝槽，該振動件安裝於該安裝槽。
12. 如申請專利範圍第11項所述之超音波振動輔助車削裝置，其包含有一安裝件組，該安裝件組位於該第一固定板及該第二固定板之間，該安裝件組圍繞該刀柄部之該振動部，該安裝件抵觸該振動件，以固定該振動件於該安裝槽中。
13. 如申請專利範圍第12項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該安裝件組具有一第一安裝件及一第二安裝件，該第一安裝件及該第二安裝件分別位於該刀柄部之兩側，該第一安裝件具有一第一結合端、一第二結合端及一抵觸部，該抵觸部位於該第一結合端及該第二結合端之間，該抵觸部抵觸該振動件，該第二安裝件具有一第三結合端及一第四結合端，該第三結合端結合於該第一結合端，該第四結合端結合於該第二結合端。
14. 如申請專利範圍第1項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該固定座組具有一第一固定座及一第二固定座，該第一固定座設置於該第一固定板，該第二固定座設置於該第二固定板，該第一固定座具有一第一固定凹槽，該第二固定座具有一第二固定凹槽，該第一固定凹槽及該第二固定凹槽構成該限位空間。
15. 如申請專利範圍第14項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第一固定凹槽具有一第一槽底面，該第二固定凹槽具有一第二槽底面，該第一槽底面至該第二槽底面之間具有一間距，該間距大於該刀柄部之厚度。
16. 如申請專利範圍第15項所述之超音波振動輔助車削裝置，其中該第一固定凹槽及該第二固定凹槽之寬度大於該刀柄部之寬度。
17. 如申請專利範圍第10項所述之超音波振動輔助車削裝置，其包含 一第三固定板，該第三固定板位於該第一固定板及該第二固定板之間，且該第三固定板的兩端分別結合於該第一固定板及該第二固定板，該定位銷之一端抵觸且緊密配合於該第三固定板。