CN102198611B - 一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法及装置，该装置由由金刚石套钻头，限位套，紧固螺钉，防爆外壳，o型圈，换能器，滑环，导电环，密封板，保持底座，手动气钻组成，其间关系是：金刚石套料钻头通过螺纹连接与换能器前端相连，限位套与防爆外壳相连。在换能器前，后端分别放置密封o型圈。滑环通过螺钉固定在导电环上并与换能器相连；防爆外壳通过保持底座配合固定在手动气钻上。该套平方法，有八大步骤。采用本发明套平钉头涂层，显著提高工艺系统刚性与加工效率，其表面质量大幅提升，精度得到显著提高。它在涂层切削加工领域里具有实用价值和广阔的应用前景。

Description

一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法及装置

(一)技术领域

本发明涉及一种振动套平方法及装置，特别是涉及一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法及装置，属于涂层磨削加工和磨削设备部件技术领域。

(二)背景技术

在现有技术条件下，涂层加工尤其是固化高分子聚合材料涂层，常规加工存在加工动力不足、工艺系统刚性差等问题，切削效果不理想。例如一般飞机蒙皮上存在大量螺钉，钉头在涂层喷涂过程之前需附上保护贴片，防止涂料进入钉孔，影响飞机的整体性能，并方便之后的后续处理。而在在喷涂完成之后，需要将已被涂层包覆的保护贴片取下。大部分涂层固化物，内含颗粒物。属于类似碳纤维的涂层材料，硬度大，采用普通工具加工，切削力较大，刀具容易磨损，且容易发生粘刀现象，对钉头的加工精度及效果影响较大，钉头圆周毛刺严重。超声振动套平切削力为脉冲型，幅值小于普通切削力，实际机械相应的平均力更小于普通切削力，特别是吃刀抗力为正负脉冲的抵消，使平均抗力仅为普通切削的百分之一量级。且由于振动的加入，粘刀现象明显改善。

随着对飞机整体性能追求的不断提高，对钉头等部位的位置尺寸精度要求也不断提高。现有的钉头保护贴片上的包覆涂层往往采取人工铲平的方式，由于涂层硬度大等特点，铲平加工困难，造成效率很低，且对刀具磨损堵塞严重。此外，铲平后钉头周围毛刺较多，精度很低，并且加工过程中可能对周围涂层造成损伤。采用超声振动套平加工方式，有极强的精密加工能力，系统刚性高，套平后钉头涂层尺寸精度及周围涂层表面粗糙度显著提高。

超声振动换能器是超声振动加工系统中最重要的组成部分，其设计效果直接影响加工的质量。一般情况下，换能器自身有三种振动形式：纵向振动、弯曲振动和扭转振动，套平作为一种特殊磨削形式的，采用纵向振动有利于防止模具堵塞，从而提高加工效率。不同的振动形式对加工质量的影响无疑是十分重要的。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法及装置，采用该方法设计的装置具有实现超声振动加工的微细磨削能力，降低了磨削力。针对钉头保护贴片包覆的涂层加工，提高了加工精度与加工效率。增加了超声振动磨削技术的应用范围。

2、技术方案：

(1)请参见图1、图2所示，本发明一种钉头保护贴片涂层超声振动套平装置，它是由金刚石套料钻头1，限位套2，紧固螺钉3，防爆外壳4，o型圈5，9，换能器6，导电环7A，滑环7B，密封板8，保持底座10和手动气钻11组成。

其位置连接关系是金刚石套料钻头1通过螺纹连接与换能器6相连，限位套2通过螺纹与紧固螺钉3与防爆外壳4相连。在换能器6的前、后端分别放置密封o型圈5，9。滑环7B通过螺钉固定在导电环7A上并与换能器6一起通过螺纹固定在手动气钻11输出轴上；密封板8设置于导电环7A与保持底座10之间，与防爆外壳4螺纹连接。防爆外壳4与保持底座10配合，保持底座10通过螺钉固定在手动气钻11上实现整个套平装置的固定。

该金刚石套料钻头1是带台阶的空心圆柱形零件，它采用45钢上烧结软铜基底的金刚砂制成，容易实现超声振动谐振；如图2所示。

该限位套2是带有台阶的空心锥形零件。其上设置有可视窗口、螺纹和螺纹孔。如图3所示。

该紧固螺钉3与o型圈5，9及手动气钻11是按加工要求选定的市购产品。

该防爆外壳4是带台阶的圆柱状筒形零件；其内部设置有螺纹、通孔和o形凹槽。如图4所示。

该密封板8是中部为通孔，圆平面上均布螺纹孔的圆盘状零件，它与导电环7A通过螺钉固定。如图7所示。

该保持底座10是边缘有凹槽的圆盘状零件，与防爆外壳4配合连接，其后端有螺纹孔，固定在手动气钻11上；如图8所示。

该换能器6是由变幅杆61、压电陶瓷片组62和换能器后盖板63组成，其间关系是压电陶瓷片组62安装在变幅杆61和和换能器后盖板63之间，利用换能器后盖板63的螺纹和变幅杆61上面螺纹将压电陶瓷片组62压紧。该变幅杆61是阶梯圆柱形，用钛合金或者铝合金等轻质材料构成。它的功能是增大超声振动的振幅；该压电陶瓷片组62是两组中间有通孔的圆环状结构陶瓷片，根据陶瓷片的粘结方式不同，换能器6可以产生单向超声振动、椭圆超声振动和扭转超声振动等几种不同形式的振动；该换能器后盖板63是中间带有螺纹的圆环状结构，一般用45#钢的金属材料制成。如图5所示。

该导电环7A是中间开孔的圆柱形件，其圆面设置螺孔以固定滑环7B；换能器6的导线连接在导电环7A的内环上面，导电环7A外环导线连接超声高频电源。如图6所示。

套平加工时，金刚石套料钻1与换能器6部分随主轴旋转，利用工装精度，手动气钻11本身跳动精度，以及限位套2限位深度等，保证钉头涂层套平加工的精度与效率。整个超声系统组件通过3/8英制螺纹和手动气钻11输出轴连接，由其提供动力，完成加工。

(2)本发明一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：保持底座10固定在手动气钻11的圆筒外壁上；用紧固螺钉顶死。

步骤二：把换能器6安装在手动气钻11的输出轴上，将螺纹拧紧。

步骤三：把换能器6前后端安装O型圈与防爆外壳4进行装配；将防爆外壳4用密封挡板8密封并固定于保持底座10上。

步骤四：限位套2旋入防爆外壳4的前端螺纹，将金刚石套料钻头1安装在换能器6前端。

步骤五：超声振动装置即换能器6通过电缆连接超声电源，金刚石套料钻头1产生超声振动；

步骤六：换能器6后端通过螺纹与手动气钻11连接，由气钻11提供动力；

步骤七：将金刚石套料钻头1内孔垂直套于加工的钉头保护贴片涂层凸起。调整金刚石套料钻头1与限位套2之间相对位置，确保限位套2前端防滑垫块21恰好贴合于飞机蒙皮涂层表面，用紧固螺钉3顶死。

步骤八：按动手动气钻11开关，使金刚石套料钻头1开始转动，转速约1200rpm，在超声振动辅助下，利用金刚石套料钻头11内部的金刚砂磨削钉头保护贴片涂层凸起圆周，直到涂层套落，完成加工。

3、优点及功效：本发明一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法及装置优点在于：

(1)套平加工时利用套料钻头自动定心和限位套限深，保证了套平的加工精度和表面质量；(2)易于与其他形式的振动结合，设计复合振动套平装置；(3)通过在换能器前端上安更换不同的刀具，可以实现不同尺寸钉头涂层套平工作。(4)实现了涂层等材料的超声振动加工，改善了其可加工性，拓展了涂层材料的加工范围。

(四)附图说明

图1是本发明超声振动装置的外部结构图。

图2是图1的爆炸示图。

图3是限位套的示意图。

图4是防爆外壳的示意图。

图5是换能器的示意图。

图6是导电环和滑环的示意图。

图7是密封板的示意图。

图8是保持底座的示意图。

图中：1.金刚石套料钻头 2.限位套 21.防滑垫块 22.观察窗口23.紧固螺钉孔 24.内螺纹 3.紧固螺钉 4.防爆外壳 41.o型凹槽42.螺纹 5.o型圈 6.换能器 61.变幅杆 62.压电陶瓷片组63.换能器后盖 7A.导电环 7A1.螺纹孔 7A2.螺纹孔 7A3.螺纹孔板7A4.螺纹孔 7B.滑环 7B1.螺纹孔 7B2.螺纹孔 8.密封板81.螺纹孔 82.螺纹孔 83.螺纹孔 84.螺纹孔 85.外圈螺纹9.o型圈 10.保持底座 101.紧固螺钉孔

(五)具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

(1)请参见图1、图2和图5所示，本发明是一种钉头保护贴片涂层超声振动套平装置，该装置由金刚石套料钻头1，限位套2，紧固螺钉3，防爆外壳4，o型圈5，9，换能器6，导电环7A，滑环7B，密封板8，保持底座10，手动气钻11组成。金刚石套料钻头1安装在换能器6前段。刀具可以采用不同尺寸钻头相互替代。从而完成不同尺寸保护贴片的套取。利用限位装置限位套2，调节由金刚石套料钻头1伸出量，从而调节并确定刀具在涂层上的加工深度，从观察窗22进行观察，使防滑垫块21与飞机蒙皮涂层表面贴合。紧固螺钉3安装在紧固螺钉孔23内，用于固定限位套2的位置。限位套2通过内螺纹24与防爆外壳4前端螺纹42连接。变幅杆61、压电陶瓷片组62、换能器后盖板63组成换能器6，通过在换能器6上施加超声高频电信号，金刚石套料钻头1产生超声振动。利用变幅杆61增大超声振动的振幅。压电陶瓷片组62安装在变幅杆61和换能器后盖板63之间，利用换能器后盖板63的螺纹和变幅杆61上面螺纹将压电陶瓷片组62压紧。根据陶瓷片的粘结方式不同，换能器6可以产生单向超声振动、椭圆超声振动和扭转超声振动等几种不同形式的振动，换能器6的导线连接在导电环7A的内环上面。导电环7A外环导线和外部电缆连接，进而连接超声高频电源。

请参见图6、图7和图8所示，密封板8装配在导电环7A与保持底座10之间，利用螺纹孔81、螺纹孔82、螺纹孔83、螺纹孔84和导电环7A上的螺纹孔7A1、螺纹孔7A2、螺纹孔7A3，螺纹孔7A4用普通M3螺钉相连。防爆外壳4内嵌螺纹42与密封板8的外圈螺纹85连接。

请参见图2、图3和图4所示，o型圈5置于防爆外壳4的o型凹槽41内起密封作用。滑环7B通过螺钉固定在导电环7A上并与换能器6一起通过螺纹固定在手动气钻11输出轴上；密封板8处于导电环7A与保持底座10之间，与防爆外壳4螺纹连接。防爆外壳4与保持底座10配合，o型圈9置于密封板8与保持底座10之间；保持底座10通过紧固螺钉孔101固定在手动气钻11上。实现整个套平装置的固定。套平加工时，金刚石套料钻头1与换能器6部分随主轴旋转，利用工装精度，手动气钻11本身跳动精度，以及限位套2限位深度等，保证钉头涂层套平加工的精度与效率。整个超声系统组件通过3/8英制螺纹和手动气钻11输出轴连接，由其提供动力，参照以下参数表格完成加工。

(2)本发明一种钉头保护贴片涂层超声振动套平加工方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：保持底座10固定在手动气钻11的圆筒外壁上；用紧固螺钉顶死。

步骤二：把换能器6安装在手动气钻11的输出轴上，将螺纹拧紧。

步骤三：把换能器6前后端安装O型圈与防爆外壳4进行装配；将防爆外壳4用密封挡板8密封并固定于保持底座10上。

步骤四：限位套2旋入防爆外壳4前端螺纹，将金刚石套料钻头1，安装在换能器6前端。对刀调整金刚石套料钻头1与限位套2之间相对位置；用紧固螺钉3顶死。

步骤五：超声振动装置通过电缆连接超声电源，金刚石套料钻头1产生超声振动；

步骤六：换能器6后端通过螺纹与手动气钻11连接，由手动气钻11提供动力；

步骤七：将金刚石套料钻头1内孔垂直套于加工的钉头保护贴片涂层凸起。调整金刚石套料钻头1与限位套2之间相对位置，确保限位套2前端防滑垫块21恰好贴合于飞机蒙皮涂层表面，用紧固螺钉3顶死。

步骤八：按动手动气钻11开关，使金刚石套料钻头1开始转动，手动气钻11转速1200rpm，在3.5μm振幅20.44KHz频率超声振动辅助下，利用金刚石套料钻头1内部的直径12mm金刚砂圆孔磨削钉头保护贴片涂层凸起圆周，直到涂层套落，完成加工。

本发明的目的是提供一种钉头保护贴片涂层超声振动套平方法及装置，采用该方法设计的装置具有实现超声振动加工的微细磨削能力，降低了磨削力。针对钉头保护贴片包覆的涂层加工，提高了加工精度与加工效率。增加了超声振动磨削技术的应用范围。

Claims (1)

1.一种钉头保护贴片涂层超声振动套平装置，其特征在于：它是由金刚石套料钻头（1）、限位套（2）、紧固螺钉（3）、防爆外壳（4）、第一o型圈（5）、第二o型圈（9）、换能器（6）、导电环（7A）、滑环（7B）、密封板（8）、保持底座（10）和手动气钻（11）组成；金刚石套料钻头（1）通过螺纹连接与换能器（6）相连，限位套（2）通过螺纹与紧固螺钉（3）与防爆外壳（4）相连；在换能器（6）的前、后端分别放置密封第一o型圈（5）和第二o型圈（9），滑环（7B）通过螺钉固定在导电环（7A）上并与换能器（6）一起通过螺纹固定在手动气钻（11）输出轴上；密封板（8）设置于导电环（7A）与保持底座（10）之间，与防爆外壳（4）螺纹连接，防爆外壳（4）与保持底座（10）配合，保持底座（10）通过螺钉固定在手动气钻（11）上，实现整个套平装置的固定；

该金刚石套料钻头（1）是带台阶的空心圆柱形零件，它采用45#钢上烧结软铜基底的金刚砂制成，实现超声振动谐振；

该限位套（2）是带有台阶的空心锥形零件，其上设置有可视窗口、螺纹和螺纹孔；

该防爆外壳（4）是带台阶的圆柱状筒形零件，其内部设置有螺纹、通孔和o形凹槽；

该密封板（8）是中部为通孔、圆平面上均布螺纹孔的圆盘状零件，它与导电环（7A）通过螺钉固定；

该保持底座（10）是边缘有凹槽的圆盘状零件，与防爆外壳（4）配合连接，其后端有螺纹孔，固定在手动气钻（11）上；

该换能器（6）是由变幅杆（61）、压电陶瓷片组（62）和换能器后盖板（63）组成，压电陶瓷片组（62）安装在变幅杆（61）和换能器后盖板（63）之间，利用换能器后盖板（63）的螺纹和变幅杆（61）上面的螺纹将压电陶瓷片组（62）压紧；该变幅杆（61）是阶梯圆柱形，用铝、钛合金轻质材料构成，它的功能是增大超声振动的振幅；该压电陶瓷片组（62）是两组中间有通孔的圆环状结构陶瓷片，根据陶瓷片的粘结方式不同，换能器（6）产生单向超声振动、椭圆超声振动和扭转超声振动几种不同形式的振动；该换能器后盖板（63）是中间带有螺纹的圆环状结构，用45#钢的金属材料制成；

该导电环（7A）是中间开孔的圆柱形件，其圆面设置螺孔以固定滑环（7B）；换能器（6）的导线连接在导电环（7A）的内环上面，导电环（7A）外环导线连接超声高频电源；

套平加工时，金刚石套料钻头（1）与换能器（6）部分随主轴旋转，利用工装精度，手动气钻（11）本身跳动精度，以及限位套（2）限位深度，保证钉头涂层套平加工的精度与效率，整个超声系统组件通过3/8英制螺纹和手动气钻（11）输出轴连接，由其提供动力，完成加工。

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