CN100999058A - 尺寸精加工和超声表面加工一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械加工设备，尤其是一种切削自动化加工装置。本发明中刀具安装在超磁致伸缩换能器上；超磁致伸缩换能器通过托架安装在机架导轨上，通过控制设备能同时做进刀运动和超声频振动。本发明实现了材料去除加工和超声表面光整同步加工生产，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械加工设备，尤其是一种切削自动化加工装置。
背景技术
工件的尺寸精加工指用金属切削刀具从工件上切除多余的金属，使工件的尺寸精度达到设计要求，常用的有车削、铣削、磨削等；表面光整加工是一种提高工件的表面质量的加工工艺，常用的有滚压、研磨及超声光整加工等。传统的主要方法是：车削或铣削后，再磨削加工；车削或铣削后，再进行滚压加工；车削或铣削后，再进行超声光整加工等。其中超声光整加工，尤其是在钛合金、高温合金、工程陶瓷等一些较难加工材料以及焊接件的表面加工中，对提高工件的表面质量、工件的显微硬度、耐磨性、疲劳强度和疲劳寿命有显著的效果。目前的超声光整加工工艺是在工件切削具备一定尺寸精度后，再进行超声光整加工，工件的装夹、加工参数的调整分多步进行，往往导致加工效率低下，且在超声光整过程中易造成因工艺参数调整、装夹不当引起的工件表面损伤，甚至破坏已有的尺寸精度。
现有的加工工艺材料去除加工和超声表面光整加工是分两个工步独立进行的。现有技术中的超声光整设备包括超声波发生器、换能器、变幅杆和工具头组成，换能器通常由压电类材料作为驱动材料，超声波发生器驱动换能器发生超声频振动，超声波通过变幅杆的聚能作用，在工具头上振幅得到放大，超声波作用在工件表面，进行超声光整加工。该装置需要在材料去除加工完成后，运用换刀的方式，替换材料去除加工所用的车刀装置，工序复杂，无法做到同时完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种能同时进行材料去除加工和超声表面光整加工的一体化装置。
为实现本发明的目的，本说明书提供了一种材料去除和超声表面加工一体化装置，包括机架、夹具、刀具，待加工材料通过安装在机架上的夹具固定，受自动或手动控制刀具，与待加工材料有相对运动进行切削。刀具安装在超磁致伸缩换能器上；超磁致伸缩换能器通过托架安装在机架导轨上，通过控制设备能同时做进刀运动和超声频振动。控制设备通过信号收集设备将切削进程数据接收到数据采集及控制器；数据采集及控制器通过温控装置调节切削温度；数据采集及控制器通过低频信号发生器发出刀具纵向位移、刀具横向位移控制信号，经过低频功放放大控制信号传输给超磁致伸缩换能器，控制刀具纵向位移行程、刀具横向位移行程；数据采集及控制器通过超声频信号发生器发出刀具超声频振动信号，经过超声频功放传输给超磁致伸缩换能器；低频信号和超声频振动信号在传输到超磁致伸缩换能器前，通过耦合装置耦合。
切削进程数据包括工件运转速度、刀具纵向位移行程、刀具横向位移行程、刀具温度、刀具承受切削力。信号收集设备包括速度探测器、位移探测器、温度探测器和应变力探测器。
超磁致伸缩换能器包括安装刀具的工具头，工具头通过变幅杆连接到输出顶杆，外管套在输出顶杆上，外管顶盖和外管底座之间通过连接杆撑开，输出顶杆和外管顶盖之间有碟簧，输出顶杆连接超磁致伸缩棒，超磁致伸缩棒通过预应力螺塞固定到外管底座，预应力螺塞尾端的防松螺塞顶紧超磁致伸缩棒和输出顶杆，超磁致伸缩棒上套有线圈骨架，线圈骨架上绕有驱动线圈，驱动线圈上套着外管。
本发明中，低频信号发生器输出小电压信号至低频功放，功放的目的是将小信号放大成同等波形，同频率、同相位的大电流信号，经低频功放和超声频功放输出的低频大电流信号和超声频电流信号经耦合装置，形成一种复合电流信号，该复合信号是低频大电流信号上叠加了超声频电流载波信号，复合信号输入到超磁致伸缩换能器，在低频大电流信号激励下，超磁致伸缩换能器为一刚体，实现精密、快速定位，在超声频电流信号激励下，超磁致伸缩换能器发生超声频振动，因此，超磁致伸缩换能器实现的运动是低频的精密微位移和超声频振动的叠加，刀具发生精密微位移实现材料去除加工，使工件达到一定尺寸精度，超声频振动使工件完成超声表面光整加工，使材料去除和超声表面光整一体化加工得以实现。温控系统为保证超磁致伸缩换能器的温度稳定，数据采集和控制器是检测加工过程的位移信号和力信号，便于实现反馈控制，精确控制刀具在加工过程中的输出位移和输出力，保证加工质量的稳定性。本发明实现了材料去除加工和超声表面光整同步加工生产，提高了生产效率。
本发明的目的，特征及优点将结合实施例，参照附图作进一步的说明。
附图说明
图1是现有技术的结构示意框图；
图2是本发明的结构及系统示意框图；
图3是图2中超磁致伸缩换能器的结构示意图；
图中：1为刀具，2为工具头，3为变幅杆，4为输出顶杆，5为外管，6为驱动线圈，7为线圈骨架，8为超磁致伸缩棒，9为预应力螺塞，10为外管底座，11为碟簧，12为连接杆，13为防松螺塞。
具体实施方式
参照上图，提供下述实施例。通过实施例将有助于理解本发明，但不限制本发明的内容。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
实施例：这种材料去除和超声表面加工一体化装置，包括机架、夹具、刀具，待加工材料通过安装在机架上的夹具固定，受自动或手动控制刀具，与待加工材料有相对运动进行切削。刀具安装在超磁致伸缩换能器上；超磁致伸缩换能器通过托架安装在机架导轨上，通过控制设备能同时做进刀运动和超声频振动。控制设备通过信号收集设备将切削进程数据接收到数据采集及控制器；数据采集及控制器通过温控装置调节切削温度；数据采集及控制器通过低频信号发生器发出刀具纵向位移、刀具横向位移控制信号，经过低频功放放大控制信号传输给超磁致伸缩换能器，控制刀具纵向位移行程、刀具横向位移行程；数据采集及控制器通过超声频信号发生器发出刀具超声频振动信号，经过超声频功放传输给超磁致伸缩换能器；低频信号和超声频振动信号在传输到超磁致伸缩换能器前，通过耦合装置耦合。
切削进程数据包括工件运转速度、刀具纵向位移行程、刀具横向位移行程、刀具温度、刀具承受切削力。信号收集设备包括速度探测器、位移探测器、温度探测器和应变力探测器。
超磁致伸缩换能器包括安装刀具的工具头1，工具头1通过变幅杆2连接到输出顶杆3，外管5套在输出顶杆3上，外管顶盖4和外管底座10之间通过连接杆12撑开，输出顶杆3和外管顶盖4之间有碟簧11，输出顶杆3连接超磁致伸缩棒8，超磁致伸缩棒8通过预应力螺塞9固定到外管底座10，预应力螺塞9尾端的防松螺塞13顶紧超磁致伸缩棒8和输出顶杆3，超磁致伸缩棒8上套有线圈骨架7，线圈骨架7上绕有驱动线圈6，驱动线圈6上套着外管5。
Claims (4)
1、尺寸精加工和超声表面加工一体化装置，包括机架、夹具、刀具，待加工材料通过安装在机架上的夹具固定，受自动或手动控制刀具，与待加工材料有相对运动进行切削，其特征是：所述的刀具安装在超磁致伸缩换能器上；超磁致伸缩换能器通过托架安装在机架导轨上，通过控制设备能同时做进刀运动和超声频振动。
2、根据权利要求1所述的一体化装置，其特征是：所述的控制设备通过信号收集设备将切削进程数据接收到数据采集及控制器；数据采集及控制器通过温控装置调节切削温度；数据采集及控制器通过低频信号发生器发出刀具纵向位移、刀具横向位移控制信号，经过低频功放放大控制信号传输给超磁致伸缩换能器，控制刀具纵向位移行程、刀具横向位移行程；数据采集及控制器通过超声频信号发生器发出刀具超声频振动信号，经过超声频功放传输给超磁致伸缩换能器；低频信号和超声频振动信号在传输到超磁致伸缩换能器前，通过耦合装置耦合。
3、根据权利要求2所述的一体化装置，其特征是：所述的切削进程数据包括工件运转速度、刀具纵向位移行程、刀具横向位移行程、刀具温度、刀具承受切削力，所述的信号收集设备包括速度探测器、位移探测器、温度探测器和应变力探测器。
4、根据权利要求1所述的一体化装置，其特征是：所述的超磁致伸缩换能器包括安装刀具的工具头(1)，工具头(1)通过变幅杆(2)连接到输出顶杆(3)，外管(5)套在输出顶杆(3)上，外管顶盖(4)和外管底座(10)之间通过连接杆(12)撑开，输出顶杆(3)和外管顶盖(4)之间有碟簧(11)，输出顶杆(3)连接超磁致伸缩棒(8)，超磁致伸缩棒(8)通过预应力螺塞(9)固定到外管底座(10)，预应力螺塞(9)尾端的防松螺塞(13)顶紧超磁致伸缩棒(8)和输出顶杆(3)，超磁致伸缩棒(8)上套有线圈骨架(7)，线圈骨架(7)上绕有驱动线圈(6)，驱动线圈(6)上套着外管(5)。
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