CN105081181A - 超声振动旋铆机 - Google Patents

Abstract

一种超声振动旋铆机，它包括上铆头（16），上铆头（16）与变幅杆（17）相连，其特征是所述的变幅杆（17）与高频换能器（18）相连，高频换能器（18）安装在内套筒（21）中；内套筒（21）安装在圆柱形下轴承座（11）中并与连接端座（10）相连，连接端座（10）与主轴（4）的下端相连，主轴（4）的上端与电机（1）相连，主轴（4）的中间安装有第一集电环（7），第一集电环（7）通过碳刷（8）和第一导线（9）与外引线相连，传输从超声发生器那里获得的高频电信号，第二集电环（13）通过第二导线（12）将第一集电环（7）的高频电信号传递给换能器（18），使换能器（18）产生高频机械振动从而带动变幅杆（17）作高频振动。本发明能降低铆接力，提高铆接效率。

Description

超声振动旋铆机

技术领域

本发明涉及一种铆接设备，尤其是一种具有四个方向运动的铆接设备，具体地说是一种超声振动旋铆机。

背景技术

铆接作为一种重要的机械连接方式，在现代工业装配中有着极为广泛的应用。近年来，随着航空工业和材料科学的发展，以钛合金为代表的航空材料的应用越来越广泛，这类材料的一个显著特点是难以发生变形，传统的铆接技术在铆接以钛合金和代表的航空材料时，不仅铆接效率低，而且铆接质量无法保证。

为解决这类难加工材料的铆接问题而提出的电磁铆接技术，属于绝热剪切变形。由于电磁铆接的铆钉变形时间极短，铆接过程难以控制，对于一些大直径的铆钉，在铆接中很容易产生绝热剪切带，铆接质量无法保证，存在安全隐患。

传统的旋铆机，铆接主要是靠铆头绕主轴中心的摆动工作，铆头与铆钉之间的摩擦力较大，存在铆接质量差、铆接范围窄、铆接效率低的缺陷。同时，其压力装置和旋转摆动装置部分为一体化设计，设备相对较为复杂，不易维护。

发明内容

本发明的目的是针对现有的铆接机摩擦力较大，存在铆接质量差、铆接范围窄、铆接效率低的、尤其是不能适应难加工材料铆接的问题，设计一种适用于难加工材料铆接的超声振动旋铆机。

本发明的技术方案是：

一种超声振动旋铆机，它包括上铆头16，上铆头16与变幅杆17相连，其特征是所述的变幅杆17与高频换能器18相连，高频换能器18安装在内套筒21中；内套筒21的两端通过圆锥滚子轴承20和调心滚子轴承22斜置安装在圆柱形下轴承座11中，圆柱形下轴承座11与连接端座10相连，连接端座10与主轴4的下端相连，主轴4的上端通过联轴器与电机1相连，主轴4的上端支承在推力轴承5上，推力轴承5安装在推力轴承座6中，主轴4的下端支承在圆锥滚子轴承24上，圆锥滚子轴承24安装在圆锥滚子轴承座25中，主轴4的中间安装有第一集电环7，第一集电环7通过碳刷8和第一导线9与圆锥滚子轴承座25上的外引线相连，传输从超声发生器那里获得的高频电信号，在内套筒21上安装有第二集电环13，第二集电环13通过第二导线12将第一集电环7的高频电信号传递给换能器18，使换能器18产生高频机械振动从而带动变幅杆17作高频振动。

所述的主轴4与连接端座10之间通过螺旋副连接在一起。

所述的第一集电环7安装位置在支承主轴4的推力轴承5与圆锥滚子轴承24之间，所述第二集电环13安装位置在支承内套筒21的圆锥滚子轴承20和调心滚子轴承22之间。

所述的连接端座10和固定调心滚子轴承22的轴承端盖23上均开有导线槽；从第二集电环13引出的导线从导线槽连接至主轴4的中心孔处与第一集电环7的内连接导线相连；所述的中心孔位于主轴安装第一集电环7的位置到下端面处；所述中心孔内放置集电环7的连接导线。

所述的上铆头16的轴心线与内套筒21轴心线同轴，上铆头轴心线与主轴4轴心线之间的夹角为1-7度。

所述的上铆头在铆接过程中做三个方向的运动：由电机带动沿主轴轴心线方向的公转、由铆头和铆钉之间的摩擦力提供的沿下轴承座内的内套筒21的轴心线方向的自传、由超声机构提供的沿上铆头轴线方向的上下高频振动。

所述的超声发生器的功率为0.5~5KW；其传递给上铆头的振动频率为10kHz~100kHz,振幅为10μm~100μm。

所述的旋转装置和推力装置分开设置，它们安装在同一机架上协调完成旋铆工作。

本发明的有益效果：

1、铆接力降低，适用于难变形材料的铆接；由于本发明在铆接过程中引入了超声振动，而超声具有软化效应，使得材料的变形抵抗力降低，从而可以铆接一些难变形的材料。

2、铆接效率高，铆接质量好；由于本发明在铆接过程中引入了超声振动，大大降低了铆头与铆钉之间的摩擦力，改善了铆接环境，使得主轴转速可以极大的提高，并使铆钉获得更高的成形质量。

3、与传统的旋铆机相比，本发明将旋转装置与推力装置分开设计，使得设备结构加简单，故障率更低，维护更方便。

附图说明

图1是本发明的旋转与上铆头的结构结构设计图。

图2是本发明的超声装置和上铆头部分的结构放大图。

图3是本发明的旋铆机的总体结构示意图。

图4是本发明的铆接过程工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-4所示。

一种超声旋铆机，由主机部分、推力装置、机架部分、上铆头和下铆模组成，如图3所示；所述主机部分包括旋转装置、集电环和振动装置，如图1所示，其中的确旋转装置包括电机1、联轴器3、主轴4、推力轴承5、推力轴承座6、圆锥滚子轴承24和圆锥滚子轴承座25，其中，电机1通过紧钉螺钉安装在电机安装座2上，主轴4的一端通过联轴器3与电机1相连，另一端通过螺旋副与振动装置（连接轴座10）相连；所述振动装置包括连接轴座10、下轴承座11、超声机构、圆锥滚子轴承20、内套筒21、调心滚子轴承22和轴承端盖23（如图2）；所述连接轴座10通过螺旋副与主轴3相连；所述超声机构包括超声发生器（图中未示出）、变幅杆17、换能器18、预紧螺栓19和前后盖板，变幅杆17通过法兰15固定安装在内套筒21的下端；所述集电环包括两个，集电环7和集电环13，其中集电环7安装在主轴4的中部，通过碳刷8和导线9与圆锥滚子轴承座25上的外引线相连，传输从超声发生器那里获得的高频电信号，集电环13安装在内套筒21上，通过导线12将集电环7的高频电信号传递给换能器18，使换能器18产生高频机械振动；所述换能器18产生的高频机械振动的振幅通过变幅杆17放大后作用到上铆头16上，所述上铆头16通过螺纹与变幅杆17相连；所述下轴承座11的轴承安装面为一个轴心线与竖直方向成夹角α的倾斜圆柱面，使得铆接过程中上铆头16的轴心线a与主轴4的轴心线b成夹角α（如图3），α的取值范围为1-7度；本实施例的推力装置与现有技术相同，它包括推杆29和动力部分30；所述动力部分可选择由液压系统、气压系统或电机直接作为动力源；所述机架部分包括主机安装架26、工作平台28、机架32和控制面板33；工作平台28的下端与推杆29相连，在铆接过程中，工作平台28在推杆29的的作用线带着下铆模27沿着导轨31向上做进给运动。

本发明的超声旋铆机，在铆接过程中，上铆头16与铆钉的接触方式为线接触。

从图3可看出，本发明的超声旋铆机，其推力装置和旋转装置是分开的，它们安装在同一机架32上协调完成旋铆工作。推力装置安装在工作平台的下方（机架32的下部），旋转装置安装在工作平台的上方（机架32的上部）；推力装置可以选择液压系统、气压系统或电机作为动力源，通过推杆或丝杠将推力作用到工作平台上；旋转装置由电机提供转矩，电机通过主轴带动下轴承座旋转，使上铆头沿主轴轴心线方向公转和上铆头轴心线方向自转。

本发明的工作原理是：

如图3和图4所示，电机1通过联轴器2将旋转运动传递给与主轴4相连的连接端座10，使上铆头16沿着其主轴轴心线b公转；在铆接过程中，由于上铆头16与铆钉之间存在着摩擦力，上铆头16会沿着其自身轴心线a自传，通过调心滚子轴承22的作用，保证上铆头的转动的对中性；同时，上铆头16会获得从变幅杆17传递过来的沿着其轴心线a方向的高频振动，超声发生器的功率为0.5~5KW，其传递给上铆头的振动频率为10kHz~100kHz,振幅为10μm~100μm；所述推力装置会给为工作平台28提供一个向上的推力，使得其带着下铆模沿着导轨31向上做进给运动；通过这四个运动的合成，完成超声旋铆工作。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种超声振动旋铆机，它包括旋转装置和推力装置，旋转装置包括上铆头（16），上铆头（16）与变幅杆（17）相连，其特征是所述的变幅杆（17）与高频换能器（18）相连，高频换能器（18）安装在内套筒（21）中；内套筒（21）的两端通过圆锥滚子轴承（20）和调心滚子轴承（22）斜置安装在圆柱形下轴承座（11）中，圆柱形下轴承座（11）与连接端座（10）相连，连接端座（10）与主轴（4）的下端相连，主轴（4）的上端通过联轴器与电机（1）相连，主轴（4）的上端支承在推力轴承（5）上，推力轴承（5）安装在推力轴承座（6）中，主轴（4）的下端支承在圆锥滚子轴承（24）上，圆锥滚子轴承（24）安装在圆锥滚子轴承座（25）中，主轴（4）的中间安装有第一集电环（7），第一集电环（7）通过碳刷（8）和第一导线（9）与圆锥滚子轴承座（25）上的外引线相连，传输从超声发生器那里获得的高频电信号，在内套筒（21）上安装有第二集电环（13），第二集电环（13）通过第二导线（12）将第一集电环（7）的高频电信号传递给换能器（18），使换能器（18）产生高频机械振动从而带动变幅杆（17）作高频振动。

2.根据权利要求1所述的超声振动旋铆机，其特征是所述的主轴（4）与连接端座（10）之间通过螺旋副连接在一起。

3.根据权利要求1所述的超声振动旋铆机，其特征是所述的第一集电环（7）安装位置在支承主轴（4）的推力轴承（5）与圆锥滚子轴承（24）之间，所述第二集电环（13）安装位置在支承内套筒（21）的圆锥滚子轴承（20）和调心滚子轴承（22）之间。

4.根据权利要求1所述的超声振动旋铆机，其特征是所述的连接端座（10）和固定调心滚子轴承（22）的轴承端盖（23）上均开有导线槽；从第二集电环（13）引出的导线从导线槽连接至主轴（4）的中心孔处与第一集电环（7）的内连接导线相连；所述的中心孔位于主轴安装第一集电环7的位置到下端面处；所述中心孔内放置集电环（7）的连接导线。

5.根据权利要求1所述的超声振动旋铆机，其特征是所述的上铆头（16）的轴心线与内套筒（21）轴心线同轴，上铆头轴心线与主轴（4）轴心线之间的夹角为1-7度。

6.根据权利要求1所述的超声振动旋铆机，其特征是所述的上铆头在铆接过程中做三个方向的运动：由电机带动沿主轴轴心线方向的公转、由铆头和铆钉之间的摩擦力提供的沿下轴承座内的内套筒（21）的轴心线方向的自传、由超声机构提供的沿上铆头轴线方向的上下高频振动。

7.根据权利要求1所述的超声振动旋铆机，其特征是所述的超声发生器的功率为0.5~5KW；其传递给上铆头的振动频率为10kHz~100kHz,振幅为10~100微米。

8.根据权利要求1所述的超声振动旋铆机，其特征是所述的旋转装置和推力装置分开设置，它们安装在同一机架上协调完成旋铆工作。