CN103962629A - 一种工件附加超声振动的拉削加工装置 - Google Patents

一种工件附加超声振动的拉削加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工件附加超声振动的拉削加工装置，现有技术中，装置结构复杂，精度不高，本发明包括超声波发生器，超声波换能器，工作台、电涡流传感器、传感器支架及超声波变幅杆、前置放大器、转换板、数据采集卡和工控机。本发明当拉削加工时，刀具和工件高频率周期性的接触和分离，这与普通拉削过程中刀具和工件持续接触有很大区别。超声波振动拉削就是通过刀具和工件的这种分离特性，达到提高工件加工质量、提高拉刀寿命、提高拉削表面光洁度及减小拉刀积屑瘤的作用。

Description

一种工件附加超声振动的拉削加工装置
技术领域
本发明涉及一种超声辅助拉削加工工艺的方法及装置，特别涉及一种工件附加超声振动的拉削加工装置。
背景技术
超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。拉削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，生产率高，适用于成批大量生产。在实际拉削加工生产中，拉刀拉削负载会随着加工生产的进行而改变，切削阻力大，加工表面质量异常且加工尺寸易波动，这对后续工艺的加工精度、加工效率、加工质量有着较大的影响。因此，需要研制一种大负载拉刀拉削装置，对研究大负载拉床的高精度化、高效率化具有非常重要的意义。
目前，在相关领域并没有拉刀附加超声振动的拉削加工工艺及装置，如专利号为CN201220634288.4(授权公告号CN203018770U，授权公告日2013年06月26日)公开了一种旋转机床用超声波钻铣具, 其特征在于：安装柄与超声波换能体机械固定连接,超声换能器和变幅杆通过螺纹连接,变幅杆和刀具固定连接,且安装柄、超声波换能体、变幅杆和刀具保持同轴连接；超声波发射环和超声波发生器实现电连接,超声波发射环以无线方式发射电磁波,超声波换能体接收超声波发射环发射的电磁波并将电信号转换为机械振动,经由变幅杆放大后传递给刀具；所述安装柄的柄部与机床主轴孔结构相匹配。但是整个系统过于复杂，而且只适用于切削力较小的情况下。因此，并不适用于拉床加工装置要求。专利号为CN200720032813.4(授权公告号 CN201082507，授权公告日2008年07月09日)公开了一种通用机床超声波钻铣头,包含安装柄、超声换能体和专用刃具,还包含一超声波发射环；安装柄与超声换能体连为一体,安装柄 安装在机床主轴孔中；超声波发射环固定在机床法兰盘上,以无线方式发射电磁波；在超声换能体内装有电磁波接收电路和超声换能器；变幅杆和刀具固定 连接形成专用刃具,变幅杆与超声换能器机械连接；超声波的机械振动经变幅 杆放大后传给刀具,使刀具以一定的能量与工件作用进行加工。但整个装置结构复杂，精度不高。
发明内容
本发明针对现有拉削加工存在刀具寿命和表面光洁度还有优化空间的问题，提供了一种工件附加超声振动的拉削加工装置。该装置是一种将超声振动和拉刀相结合的拉削方法；是一种应用超声减小拉削过程振动，提高拉刀寿命的装置；是一种应用超声提高拉削表面光洁度的装置；是一种应用超声减小拉刀积屑瘤的装置。
一种工件附加超声振动的拉削加工装置，包括超声波发生器，超声波换能器，工作台、电涡流传感器、传感器支架及超声波变幅杆、前置放大器、转换板、数据采集卡和工控机。
所述的超声波换能器固定在超声波变幅杆的大端面上，且超声波换能器与超声波变幅杆同轴设置，超声波变幅杆的小端面通过螺纹连接的方式固定在拉床的工作台台面上，超声波变幅杆与工作台台面垂直，超声波换能器线圈与超声波发生器的信号接收端口连接，电涡流传感器通过传感器支架固定在拉床上，电涡流传感器接收端面正对工作台的一个侧面，电涡流传感的信号输出端口与前置放大器的模拟量输入端口连接，前置放大器以单端连接的信号转换模式连接到转换板的模拟量输入端口，转换板通过外接电缆传输至数据采集卡，数据采集卡通过PCI接口传输至工控机。
本发明利用了超声波发生器将产生的电信号，通过超声换能器转换为同一频率的机械振动，然后通过变幅杆，使变幅杆产生共振放大机械振动的振幅，将变幅杆与工作台通过带有螺纹的夹具相连。从而使变幅杆带动工件以一定的频率振幅振动，当拉削加工时，刀具和工件高频率周期性的接触和分离，这与普通拉削过程中刀具和工件持续接触有很大区别。超声波振动拉削就是通过刀具和工件的这种分离特性，达到提高工件加工质量、提高拉刀寿命、提高拉削表面光洁度及减小拉刀积屑瘤的作用。
附图说明
图1为拉床以及超声波装置总图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种工件附加超声振动的拉削加工装置。主要包括超声波发生器1，超声波换能器2，工作台3、电涡流传感器4、传感器支架5及超声波变幅杆10、前置放大器6、转换板7、数据采集卡9和工控机8。
所述的超声波换能器2固定在变幅杆10的大端面上，且超声波换能器2与变幅杆10同轴设置，变幅杆10的小端面通过螺纹连接的方式固定在拉床的工作台台面上，变幅杆10与工作台3台面垂直，超声波换能器2线圈与超声波发生器1的信号接收端口连接，电涡流传感器4通过传感器支架5固定在拉床上，电涡流传感器4接收端面正对工作台3的一个侧面，电涡流传感4的信号输出端口与前置放大器6的模拟量输入端口连接，前置放大器6以单端连接的信号转换模式连接到转换板7的模拟量输入端口，转换板7通过外接电缆传输至数据采集卡9，数据采集卡9通过PCI接口传输至工控机8。
对于20KHZ的振动拉床选择合适的超声波发生器、超声波换能器和变幅杆。超声波发生器为功率和输出频率可调型的，输出功率范围是10W～2200W,输出频率范围是10KHZ～80KHZ。超声波换能器可以选用功率为2KW，频率为20KHZ的柱形超声波换能器、或者用4个500W的镍片式磁致伸缩换能器焊接在变幅杆的端面上，采用串联绕线的方法组成2KW的换能器。超声波变幅杆选用频率为20KHZ变幅比为0.2:1的圆锥形变幅杆形，其状因数最大，使用中振幅比较稳定，且制造容易。
将组装好的超声波换能器，接超声波发生器，并放入水盆中试振，用数字频率计测试振动频率点，观察是否与设计相符合。把连为一体的换能器与变幅杆放在水盆中，接上振动源，使其达到共振，若将变幅杆的小端面接近水面，在变幅杆前段将产生喷水现象。当换能器、变幅杆、工作台全部连为一体后，若前二部试振时无问题整个系统可正常工作。当共振频率点高于设计频率，增加工作台原质量的10%，当共振频率点小于设计频率，减小原工作台质量的10%。当超声系统工作时产生振动信号，通过电涡流传感采集振动信号，经前置放大器放大后进入转换板并产生模拟信号传输至采集卡进行通道扫描及增益运算处理，然后对模拟信号进行高速A/D转换最后进入工控机完成信号采集。

Claims (1)

1. 一种工件附加超声振动的拉削加工装置，包括超声波发生器，超声波换能器，工作台、电涡流传感器、传感器支架、超声波变幅杆、前置放大器、转换板、数据采集卡和工控机；
其特征在于：所述的超声波换能器固定在超声波变幅杆的大端面上，且超声波换能器与超声波变幅杆同轴设置，超声波变幅杆的小端面通过螺纹连接的方式固定在拉床的工作台台面上，超声波变幅杆与工作台台面垂直，超声波换能器线圈与超声波发生器的信号接收端口连接，电涡流传感器通过传感器支架固定在拉床上，电涡流传感器接收端面正对工作台的一个侧面，电涡流传感的信号输出端口与前置放大器的模拟量输入端口连接，前置放大器以单端连接的信号转换模式连接到转换板的模拟量输入端口，转换板通过外接电缆传输至数据采集卡，数据采集卡通过PCI接口传输至工控机。
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