CN100357051C - 数控恒力进给超声波推挤机 - Google Patents

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本发明公开了一种数控恒力进给超声波推挤机。它具有相连接的超声波推挤装置、动态应变仪、A/D转换器、计算机，超声波推挤装置具有相连接的伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠滑动端、第一套筒、联接套、压力传感器、第一套销、第二套筒、第二套销、换能器罩、压电换能器、变幅杆、推刀，压电换能器与超声波发生器相接，联接套与导向套、导向轴相接。本发明效率高、推力恒定、压电换能器阻抗变化小、推刀寿命长、加工质量高、切削力小、切削温度低。

Description

数控恒力进给超声波推挤机
技术领域
本发明涉及推挤机，尤其涉及数控恒力进给超声波推挤机。
背景技术
随着科学技术和工业生产的飞速发展，圆孔和异形孔的精密加工要求越来越高。例如Φ160 +0.05、长径比1∶16的深孔加工(材质为H62)，要求表面粗糙度Ra0.8μm；截面尺寸为72×34mm方孔的表面粗糙度Ra＜0.32μm；某种零件长200～1000mm，内径Φ70～Φ244mm，壁厚2～4mm，内径尺寸精度分别为±0.05mm和±0.1mm两种，表面粗糙度Ra值要求0.2μm。采用传统的加工方法存在下述问题：
(1)加工效率极低。目前，主要是采用锉刀修正、手工抛光的方法对零件内孔进行精加工，或者采用拉制黄铜管加工，内孔镗削时，留下大约0.1mm左右的余量，靠人工用砂布抛光，单件抛光工时达20～30小时，表面粗糙度Ra只能达到2.5μm，无法满足产品设计要求。目前工厂和研究所只得降低零件加工精度和表面粗糙度要求，从而影响产品性能。
(2)工人劳动强度大。
(3)加工质量达不到要求。
(4)生产成本高。
(5)切削力大。
(6)切削温度高。
发明内容
本发明的目的是提供一种数控恒力进给超声波推挤机。
它具有相连接的超声波推挤装置、动态应变仪、A/D转换器、计算机，超声波推挤装置具有相连接的伺服电机、联轴器、滚珠丝杠，滚珠丝杠插入丝杠滑动端，丝杠滑动端与第一套筒相连接，第一套筒下部外侧设有联接套，联接套上设有导向套，导向套上设有导向轴，第一套筒下端设有压力传感器、第二套筒，压力传感器与第二套筒经第一套销连接，第二套筒下端设有轴，并经第二套销连接，轴下端设有换能器罩，并经第三套销连接，在换能器罩内设有压电换能器，压电换能器下端与变幅杆、推刀相连接，压电换能器与超声波发生器相接。
本发明效率高、推力恒定、压电换能器阻抗变化小、推刀寿命长、加工质量高、切削力小、切削温度低。
附图说明
图1是数控恒力进给超声波推挤机结构框图；
图2是本发明超声波推挤装置结构示意图，图中：伺服电机1、联轴器2、滚珠丝杠3、丝杠滑动端4、第一套筒5、联接套6、压力传感器7、第一套销8、第二套筒9、第二套销10、换能器罩11、压电换能器12、变幅杆13、推刀1 4、超声波发生器15、第三套销16、轴17、导向套18、导向轴19；
图3是数控恒力进给超声波推挤机软件流程图。
具体实施方式
如图1、2所示，数控恒力进给超声波推挤机具有相连接的超声波推挤装置、动态应变仪、A/D转换器、计算机，超声波推挤装置具有相连接的伺服电机1、联轴器2、滚珠丝杠3，滚珠丝杠3插入丝杠滑动端4，丝杠滑动端4与第一套筒5相连接，第一套筒5下部外侧设有联接套6，联接套6上设有导向套18，导向套18上设有导向轴19，第一套筒5下端设有压力传感器7、第二套筒9，压力传感器7与第二套筒9经第一套销8连接，第二套筒9下端设有轴17，并经第二套销10连接，轴17下端设有换能器罩11，并经第三套销16连接，在换能器罩11内设有压电换能器12，压电换能器12下端与变幅杆13、推刀14相连接，压电换能器12与超声波发生器15相接。
如图3所示，计算机通过压力传感器采样得到采样值推挤力Fi，并与设定的标准值F0比较。当F0＞Fi时，执行推挤力递增子程序，在推挤力递增子程序中，计算出推刀速度的增量，从而算得伺服电机转速的增量，根据算得结果，由计算机给出信号控制伺服电机增加转速，推刀的进给速度V增加，推挤力增加，再次采样得到F′i，若满足|F0-F′i＜δ，则跳出循环子程序，程序继续向下运行，保持伺服电机转速不变，使超声波推挤刀具以恒力进给。若不满足|F0-F′i|＜δ，则继续执行推力递增程序。反之执行推刀递减子程序，推刀速度V降低，推挤力减小。通过推挤力递增和递减程序，控制Fi保持在|F0-Fi|＜δ的范围内，即推刀的恒力进给。
超声波发生器将220V、50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号，压电换能器根据逆压电效应将超声频电信号转换成超声频纵向机械振动。压电换能器由螺母、后端盖、压电陶瓷、电极、前端盖构成，见200510049825.3发明专利申请。
压电换能器谐振时的振幅只有4～8μm，不能满足超声波推挤要求。因此，必须使用变幅杆将换能器的纵向振动传递给推刀。变幅杆和推刀之间的曲线是它们的位移(振幅)分布曲线。由于推刀节点处没有超声波作用，所以推刀节点处不设刀齿。超声推挤装置上端设有压力传感器，压力传感器输出的信号经动态应变仪、A/D转换器转换后传输给计算机，计算机控制伺服电机，伺服电机带动滚珠丝杠旋转，带动超声推挤装置进行往复直线运动。为了防止超声波推挤装置发生旋转运动，联接套右侧与导向套连接，通向导向轴防止发生转动。
换能器罩用于安装压电换能器、变幅杆和推刀，并承受推挤力。
第二套筒、第二套销、第三套销、轴和换能器罩一起构成浮动机构，以保证超声推挤过程中能够自由浮动，从而实现以被加工工件内孔表面为自为基准、加工余量均匀的超声推挤加工。
数控恒力进给超声推挤机不但可以用于圆孔的精密加工，而且可以用于方孔、三角形孔、椭圆孔等异形孔的精密加工。

Claims (1)

1.一种数控恒力进给超声波推挤机，其特征在于它具有相连接的超声波推挤装置、动态应变仪、A/D转换器、计算机，超声波推挤装置具有相连接的伺服电机(1)、联轴器(2)、滚珠丝杠(3)，滚珠丝杠(3)插入丝杠滑动端(4)，丝杠滑动端(4)与第一套筒(5)相连接，第一套筒(5)下部外侧设有联接套(6)，联接套(6)上设有导向套(18)，导向套(18)上设有导向轴(19)，第一套筒(5)下端设有压力传感器(7)、第二套筒(9)，压力传感器(7)与第二套筒(9)经第一套销(8)连接，第二套筒(9)下端设有轴(17)，并经第二套销(10)连接，轴(17)下端设有换能器罩(11)，并经第三套销(16)连接，在换能器罩(11)内设有压电换能器(12)，压电换能器(12)下端与变幅杆(13)、推刀(14)相连接，压电换能器(12)与超声波发生器(15)相接。
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