CN100496885C - 超声波机械控制全自动加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工件加工装置，具体是能对磁性、粉沫冶金、硬、脆非金属材料进行加工的超声波机械控制全自动加工装置。它由床架框、电动机、变速箱、分配轴、主轴箱、振动式料斗、输料管、主轴夹头、送料机械手、床身、大、小拖板、刀架组成。其特征在于还有高频交变电压发生器和超声波换能部件，超声波换能部件由压电效应的换能器、变幅杆、夹持器、刀具、套筒构成，压电效应的换能器的一端是变幅杆，变幅杆的另一端是夹持器，夹持器夹持刀具，压电效应的换能器与套筒在节面处固定连接，套筒由螺钉A固定在刀架上，压电效应的换能器通过电极与高频交变电压发生器电连接。本发明具有加工精度高，自动化程度高的优点，可加工内孔、端面、外圆。

Description

超声波机械控制全自动加工装置

技术领域

本发明涉及工件加工装置，具体是能对磁性材料、粉沫冶金材料、硬、脆非金属材料进行加工的超声波机械控制全自动加工装置。

背景技术

全自动金属切削机床可以对一般的金属材料进行内孔、外圆、端面加工，但是无法用已有的刀具对磁性材料、粉沫冶金材料、硬、脆的非金属材料加工。而已有的超声波加工机床对上述材料能进行加工。加工原理是：使超声工具头的振动频率为20千赫～400千赫，振幅为10～150微米，在超声工具头与工件之间充以加工液与磨料混合的悬浮液，并以一定的静压力相接触，利用超声波易于集中能量的特点，由工具头的振动来实现磨料对工件的冲击破碎。虽然每次打击下来的材料极少，但由于每秒钟打击的次数在2万～40万之间，仍有一定的加工速度，此时在高频频变液压冲击波和“空化”的作用下，促使加工悬浮液钻入被加工材料的微细裂缝中，加剧了机械破坏作用，从而加工出需要的形状。这种加工方法需要磨料，且磨料在对被加工表面击打时，也会造成工具头的磨损，使产品加工精度受到影响。公告号CN2477332Y，名称《超声波磁性材料打孔掏孔装置》，是利用超声波对磁性材料打孔掏孔。它的超声波由超声波发生器提供，该超声波发生器主要由震荡电路、推动电路、功放电路组成。它的换能装置中套筒的尾部固定一骨架，骨架的另一端与机床固定连接，变幅杆及工具头固定在换能装置的头部，换能装置的换能器与超声波发生器电连接，操作机床可实现对磁性材料的打孔与掏孔。超声波由单独的超声波发生器产生，结构较复杂，且该装置不能实现全自动加工，工具头与主轴的中心位置不能调整。

发明内容

本发明加工原理是：利用压电效应的超声波换能器，把该换能器与高频交变电压连接，通过高频交变电压使该换能器产生轴向伸缩变形，随之该换能器作20千赫以上的超声振动。该换能器经与其连接的变幅杆增幅后，传输给与变幅杆相连接的夹持器和刀具，输出超声波能量。这时刀具上的超声波能量大，刀具的刀刃是经刃磨的，对旋转工件进行切削加工，这种加工是刀具上的刀刃接受超声波能量后对工件进行直接的冲击或切削，每次冲击或切削下来的材料虽然不很多，但是在高频冲击波效应作用下，具有一定的加工进度。

本发明是为了克服通用的全自动金属切削机床不能对磁性材料、粉沫冶金材料、硬、脆的非金属材料的加工；而由现有的超声波设备对上述工件加工，用工具头外，还需磨料和加工液，易造成工具头磨损，且不能全自动加工和调整加工中心的缺陷，现提供一种超声波机械控制全自动加工装置。

本发明目的是这样实现：它是由床架框、电动机、变速箱、分配轴、主轴箱、振动式料斗、输料管、主轴夹头、送料机械手、床身、大拖板、小拖板、刀架组成。床身在床架框上面，在床架框内有电动机、变速箱，主轴箱在床身上面，电动机与变速箱连接，变速箱上的轴与主轴箱的输入轴由皮带连接，变速箱经变速后与分配轴由另一皮带连接，分配轴位于床身的侧面，在主轴箱上有主轴夹头，振动式料斗由支架置于床架框上，且位于主轴箱上方，振动式料斗的下方连接输料管，在床身上有大拖板，在大拖板上面是小拖板，小拖板上面是刀架，刀架上有架燕尾槽，小拖板上有与之匹配的架燕尾，刀架可在小拖板上滑移，刀架与小拖板由螺钉B固定连接；大拖板上有燕尾，小拖板上有与之匹配的燕尾槽；所述的分配轴上有装夹凸轮、机械手凸轮、工件推料凸轮、大拖板进给凸轮、小拖板进给凸轮、二级变速器，装夹凸轮控制送入主轴夹头工件的夹紧和松开，是在主轴夹头一端有拉杆，拉杆一端与主轴夹头的另一端是动配合，拉杆另一端由装夹凸轮控制动作，拉杆位移时可使主轴夹头松开或夹紧，在松开工件时，工件被自动顶出；在主轴箱一侧有送料机械手，送料机械手是把输料管最下端的料夹送入主轴夹头前，由机械手凸轮控制送料机械手送料；工件推料凸轮控制装在主轴箱侧面的推杆，使推杆把待加工工件送入主轴夹头内；大拖板进给凸轮控制大拖板纵向移动，大拖板上有与其连接的滑推块，滑推块位于大拖板进给凸轮的曲线内，大拖板进给凸轮曲线内的滑推块能带动刀架动作，从而带动刀架上的刀具对工件纵向切削；小拖板进给凸轮与小拖板由连接件连接，小拖板进给凸轮控制小拖板动作，是小拖板与小拖板进给凸轮通过连接件动作，小拖板进给凸轮转动时经连接件，使小拖板作横向进给，对工件横向切削，二级变速器与分配轴连接，其上有离合器，离合器另一端与大拖板进给凸轮连接，离合器接合时动力传给大拖板进给凸轮，离合器分离时大拖板进给凸轮不转动，其特征在于还有高频交变电压发生器和超声波换能部件，所述的超声波换能部件由压电效应的换能器、变幅杆、夹持器、刀具、套筒构成，压电效应的换能器的一端是变幅杆，变幅杆的另一端是夹持器，夹持器夹持刀具，压电效应的换能器上有截面，压电效应的换能器与套筒在截面外圆柱面固定连接，套筒由螺钉A固定在刀架上，压电效应的换能器通过电极与高频交变电压发生器电连接；所述的夹持器上有弹性槽，刀具被夹持器夹紧时，能使弹性槽收紧；所述的压电效应的换能器是由一组压电陶瓷片叠加，二组或三组或多组压电陶瓷片叠加；所述的变幅杆是锥形的、或阶梯形的、或圆柱形的、或指数形的、或长方形的、或扁圆的；所述的套筒是一个偏心套筒，外圆与内孔有一个偏心距，由偏心距调整刀具中心与机床主轴的旋转中心在同一水平面上。

本发明具有利用机械自动化和超声波技术加工内孔、端面、外圆的功能，且加工精度高，自动化程度高的优点。

附图说明

图1是本发明正视时的结构示意图。

图2是本发明俯视时的结构示意图。

图3是超声波换能部件和刀架连接的结构示意图。

图4是A—A剖视图。

图5是本发明工作框图。

图的符号及其说明：1是电动机，2是变速箱，3是分配轴，4是主轴箱，5是振动式料斗，6是输料管，7是主轴夹头，8是送料机械手，9是床身，10是大拖板，11是刀架，12是压电效应的换能器，13是床架框，14是变幅杆，15是夹持器，16是刀具，17是套筒，18是高频交变电压发生器，19是小拖板，31是装夹凸轮，32是工件推料凸轮，33是机械手凸轮，34是大拖板进给凸轮，341是滑推块，35是小拖板进给凸轮，36是二级变速器，71是拉杆，72是推杆，101是燕尾，102是手轮，111是螺钉A，112是架燕尾槽，113是斜楔条，114是螺钉B，121是截面，122是压电陶瓷片，151是弹性槽，191是燕尾槽，192是架燕尾，351是连接件。

具体实施方式

下面结合附图阐述本发明的一个实施例，它是由电动机1、变速箱2、分配轴3、主轴箱4、振动式料斗5、输料管6、主轴夹头7、送料机械手8、床身9、大拖板10、刀架11、压电效应的换能器12、床架框13、变幅杆14、夹持器15、刀具16、套筒17、高频交变电压发生器18、小拖板19组成。在床架框13内有电动机1、变速箱2，变速箱2与电动机1连接，床身9在床架框13上面，在床身9上有主轴箱4，变速箱2与主轴箱4连接，变速箱2又与分配轴3连接，分配轴3位于床身9侧面。在主轴箱4上有主轴夹头7，在主轴箱4的上方位于床架框13上是由支架支承的振动式料斗5，振动式料斗5与输料管6连接，输料管6另一端正对主轴夹头7，送料机械手8位于主轴夹头7的上方，能把输料管6下端的待加工工件夹送入主轴夹头7前，待加工工件经主轴夹头7夹紧后由刀具16加工；在床身9上有大拖板10，大拖板10的上面是小拖板19，它们连接是在大拖板10上有燕尾101，在小拖板19有与燕尾101匹配的燕尾槽191，使小拖板19能在大拖板10上滑移；小拖板19上面是刀架11，刀架11上有架燕尾槽112，在小拖板19上有与之匹配的架燕尾192，使刀架11可在小拖板19上滑移，二者经斜楔条113由螺钉B114固定，压电效应的换能器12的截面121其外圆柱与套筒17螺纹紧固连接，并由螺钉A111固定在刀架11上，压电效应的换能器12的一端依次是变幅杆14、夹持器15、刀具16。在大拖板10带动刀架11作轴向移动时，刀具16随之移动。压电效应的换能器12上有压电陶瓷片122，压电效应的换能器12的压电陶瓷片122与高频交变电压发生器18电连接；夹持器15上有弹性槽151，刀具16被夹持器15夹紧时，能使弹性槽151收紧。本发明压电陶瓷片122是由二组叠加。

分配轴3上有装夹凸轮31、工件推料凸轮32、机械手凸轮33、大拖板进给凸轮34、小拖板进给凸轮35、二级变速器36，在主轴夹头7的另一端有拉杆71，二者是动配合，拉杆71的另一端位于装夹凸轮31的凸轮曲线上，由装夹凸轮31控制动作。工件推料凸轮32由推杆72与主轴夹头7连接，推杆72一端由工件推料凸轮32控制动作，推杆72另一端在主轴箱4侧面，工件推料凸轮32动作时能使推杆72作轴向移动，在待加工工件送入主轴夹头7内定位。机械手凸轮33是把输料管6最下端的待加工工件由送料机械手8夹住后送入主轴夹头7内，待主轴夹头7夹牢后自动松开返回；在分配轴3上有二级变速器36，二级变速器36与分配轴3固定连接。大拖板进给凸轮34活套在分配轴3上，二级变速器36与大拖板进给凸轮34由离合器连接，离合器是在二级变速器36内，在大拖板进给凸轮34上有滑推块341，滑推块341另一端与大拖板10连接，大拖板进给凸轮34旋转时，带动滑推块341，并使大拖板10作纵向运动，对待加工工件进行轴向加工或退出，大拖板进给凸轮34与二级变速器36上的离合器分离时，成为空套在分配轴3时，可由手轮102控制大拖板10的轴向移动。

小拖板进给凸轮35与小拖板19由连接件351连接，连接件351一端在进给凸轮35的凸轮曲线内，另一端与小拖板19连接，能使小拖板19上的燕尾槽191在大拖板10的燕尾101上滑移，完成对工件的径向加工，本实施例的套筒17外圆轴线与内孔轴线有一个偏心距，在套筒17装上压电效应的换能器12及其刀具16后，并置于刀架11上时，其中心可通过转动套筒17完成定心，并由螺钉111使刀架11与压电效应的换能器12固定，或偏离一个距离进行外圆加工，或调整架燕尾槽112与架燕尾192的位置，后经斜楔条113由螺钉B114固定。

本发明使用时，电动机1经变速箱2使主轴箱4的主轴夹头7旋转，变速箱2又驱动分配轴3旋转，由分配轴3驱动送料机械手8动作，待加工工件从振动式料斗5进入输料管6，由送料机械手8夹送入主轴夹头7，上述的分配轴3驱动大拖板10动作，大拖板10上的刀架11随之动作，此时压电效应的换能器12、变幅杆14、夹持器15、刀具16随之动作；压电效应的换能器12与高频交变电压发生器13电连接，并产生超声波，压电效应的换能器12另一端的变幅杆14把超声波增幅后，经夹持器15传输给刀具16对待加工工件进行冲击切削加工。或在分配轴3旋转时带动小拖板进给凸轮35动作，由小拖板进给凸轮35带动小拖板19在大拖板10上滑移，由刀具16完成对待加工工件的径向冲击切削加工。

Claims (5)

1、一种超声波机械控制全自动加工装置，其由床架框(13)、电动机(1)、变速箱(2)、分配轴(3)、主轴箱(4)、振动式料斗(5)、输料管(6)、主轴夹头(7)、送料机械手(8)、床身(9)、大拖板(10)、小拖板(19)、刀架(11)组成，床身(9)在床架框(13)上面，在床架框(13)内有电动机(1)、变速箱(2)，主轴箱(4)在床身(9)上面，电动机(1)与变速箱(2)连接，变速箱(2)上的轴与主轴箱(4)的输入轴由皮带连接，变速箱(2)经变速后与分配轴(3)由另一皮带连接，分配轴(3)位于床身(9)的侧面，在主轴箱(4)上有主轴夹头(7)，振动式料斗(5)由支架置于床架框(13)上，且位于主轴箱(4)上方，振动式料斗(5)的下方连接输料管(6)，在床身(9)上有大拖板(10)，在大拖板(10)上面是小拖板(19)，小拖板(19)上面是刀架(11)，刀架(11)上有架燕尾槽(112)，小拖板(19)上有与之匹配的架燕尾(192)；大拖板(10)上有燕尾(101)，小拖板(19)上有与之匹配的燕尾槽(191)，刀架(11)可在小拖板(19)上滑移，刀架(11)与小拖板(19)由螺钉B(114)固定连接；所述的分配轴(3)上有装夹凸轮(31)、机械手凸轮(33)、工件推料凸轮(32)、大拖板进给凸轮(34)、小拖板进给凸轮(35)、二级变速器(36)，装夹凸轮(31)控制送入主轴夹头(7)工件的夹紧和松开，是在主轴夹头(7)一端有拉杆(71)，拉杆(71)一端与主轴夹头(7)的另一端是动配合，拉杆(71)另一端由装夹凸轮(31)控制动作，拉杆(71)位移时可使主轴夹头(7)松开或夹紧，在松开工件时，工件被自动顶出；在主轴箱(4)一侧有送料机械手(8)，送料机械手(8)是把输料管(6)最下端的料夹送入主轴夹头(7)前，由机械手凸轮(33)控制送料机械手(8)送料；工件推料凸轮(32)控制装在主轴箱(4)侧面的推杆(72)，使推杆(72)把待加工工件送入主轴夹头(7)内；大拖板进给凸轮(34)控制大拖板(10)纵向移动，大拖板(10)上有与其连接的滑推块(341)，滑推块(341)位于大拖板进给凸轮(34)的曲线内，大拖板进给凸轮(34)曲线内的滑推块(341)能带动刀架(11)动作，从而带动刀架(11)上的刀具(16)对工件纵向切削；小拖板进给凸轮(35)与小拖板(19)由连接件(351)连接，小拖板进给凸轮(35)控制小拖板(19)动作，是小拖板(19)与小拖板进给凸轮(35)通过连接件(351)动作，小拖板进给凸轮(35)转动时经连接件(351)，使小拖板(19)作横向进给，对工件横向切削，二级变速器(36)与分配轴(3)连接，其上有离合器，离合器另一端与大拖板进给凸轮(34)连接，离合器接合时动力传给大拖板进给凸轮(34)，离合器分离时大拖板进给凸轮(34)不转动，其特征在于还有高频交变电压发生器(18)和超声波换能部件，所述的超声波换能部件由压电效应的换能器(12)、变幅杆(14)、夹持器(15)、刀具(16)、套筒(17)构成，压电效应的换能器(12)的一端是变幅杆(14)，变幅杆(14)的另一端是夹持器(15)，夹持器(15)夹持刀具(16)，压电效应的换能器(12)上有截面(121)，压电效应的换能器(12)与套筒(17)在截面(121)外圆柱面固定连接，套筒(17)由螺钉A(111)固定在刀架(11)上，压电效应的换能器(12)通过电极与高频交变电压发生器(18)电连接。

2、根据权利要求1所述的超声波机械控制全自动加工装置，其特征在于所述的夹持器(15)上有弹性槽(151)，刀具(16)被夹持器(15)夹紧时，能使弹性槽(151)收紧。

3、根据权利要求1所述的超声波机械控制全自动加工装置，其特征在于所述的压电效应的换能器(12)是由一组压电陶瓷片(122)叠加，二组或三组或多组压电陶瓷片(122)叠加。

4、根据权利要求1所述的超声波机械控制全自动加工装置，其特征在于所述的变幅杆(14)是锥形的、或阶梯形的、或圆柱形的、或指数形的、或长方形的、或扁圆的。

5、根据权利要求1所述的超声波机械控制全自动加工装置，其特征在于所述的套筒(17)是一个偏心套筒，外圆与内孔有一个偏心距，由偏心距调整刀具(16)中心与机床主轴的旋转中心在同一水平面上。

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