CN105149198B - 一种复合振动切割装置及切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合振动切割装置及切换方法，该装置包括底板、第一伺服电机、第一伺服电机安装板、第一伺服电机编码器、第一丝杠轴承、第一丝杠轴承盖、第一丝杠轴承盖板、第一滚珠丝杠、第一丝杠滑块、第一丝杠拖板、第二丝杠拖板、声学系统夹具、换能器、变幅杆、工具头、连接板、三向力传感器、振动电机、第二伺服电机、第二伺服电机安装板、第二伺服电机编码器、第二丝杠轴承、第二丝杠轴承盖、第二丝杠轴承盖板、第二丝杠滑块、第二滚珠丝杠和声学系统，本发明同时具有低频振动脉冲冲击和超声切割系统，可以实时监测切割所受的负载力，可以即时切换低高频振动切割，防止了超声系统在大负载下的突然停机。

Description

一种复合振动切割装置及切换方法

技术领域

本发明涉及一种复合振动切割装置及切换方法，其属于振动脉冲冲击切割技术领域。

背景技术

现今振动脉冲冲击切割广泛应用在硬脆性材料、复合型材料等难加工材料的切割加工上，具有低频振动脉冲冲击切割与高频的超声振动切割。

随着新材料与难加工材料不断出现，特异型、工艺性高的零件加工日益增多，对材料的切割技术要求越来越高，振动脉冲冲击切割技术可以有效的切割上述材料。其中低频振动脉冲冲击切割适用于大负载、重切割，高频超声振动切割适用于低负载、轻切割。但是由于材料内部晶体结构的复杂性，应力分布的不均匀性等因素，出现二种问题：采用超声切割时由于应力太大导致发生器报警设备停止工作，采用低频振动冲击切割达不到较高的切割精度。切割负载力的实时监测以及两种低高频振动脉冲冲击切割的即时转换是关键技术。目前尚无任何一种低频振动切割与超声切割组合装置，也没有任何一种低高频实时切换的控制方法。

发明内容

本发明针对以上的技术问题，提出一种复合振动切割装置及切换方法。

一种复合振动切割装置，包括底板、第一伺服电机、第一伺服电机安装板、第一伺服电机编码器、第一丝杠轴承、第一丝杠轴承盖、第一丝杠轴承盖板、第一滚珠丝杠、第一丝杠滑块、第一丝杠拖板、第二丝杠拖板、声学系统夹具、换能器、变幅杆、工具头、连接板、三向力传感器、振动电机、第二伺服电机、第二伺服电机安装板、第二伺服电机编码器、第二丝杠轴承、第二丝杠轴承盖、第二丝杠轴承盖板、第二丝杠滑块、第二滚珠丝杠和声学系统。

所述底板设置在最下端，底板上从左到右依次设有两个第一丝杠轴承盖板和一个第一伺服电机安装板，第一伺服电机通过螺栓固定在第一伺服电机安装板的右端，第一伺服电机编码器设置在第一伺服电机的输出轴上，第一丝杠轴承盖通过螺栓固定在第一丝杠轴承盖板上，第一丝杠轴承盖板内设置有第一丝杠轴承，两个第一丝杠滑块套在第一丝杠上，第一丝杠拖板通过螺栓固定在第一丝杠滑块上，第一伺服电机的输出轴带动第一丝杠做左右水平进给运动。

第一丝杠拖板上设有两个第二丝杠轴承盖板和一个第二伺服电机安装板，第二伺服电机通过螺栓固定在第二伺服电机安装板上，第二伺服电机编码器设置在第二伺服电机的输出轴上，第二丝杠轴承盖通过螺栓固定在第二丝杠轴承盖板上，第二丝杠轴承盖板内设置有第二丝杠轴承，两个第二丝杠滑块套在第二丝杠上，第二丝杠拖板通过螺栓固定在第二丝杠滑块上，第二伺服电机的输出轴带动第二丝杠做左右水平进给运动。

声学系统设置在第二丝杠拖板上面，声学系统包括换能器、变幅杆和工具头；换能器通过声学系统夹具固定安装在第二丝杠拖板上，变幅杆通过夹具固定安装在第二丝杠拖板上；

振动电机安装在连接板上面，连接板固定安装在夹具的顶部；连接板上设有多个三向力传感器，用来实时监测切割时所受到的负载力，通过振动电机产生的低频振动来实现低频振动冲击切割运动。

一种复合振动切割装置的切换方法，该方法包括如下步骤：

第一步：调整切割位置，先将要切割的材料装夹好，通过开启第一伺服电机和第二伺服电机将工具头调整到合适的切割位置。

第二步：先开启超声电源，发生器产生高频电信号，通过换能器转换，变幅杆放大，到工具头产生超声高频振动，配合第一丝杠做左右超声振动切割运动， 配合第二丝杠做前后超声切割运动。

第三步:高低频切换间歇工作，当装置做超声切割运动时，三向力传感器实时监测，当所受负载超过设定数值则自动关闭超声电源，同时自动开启振动电机，产生低频振动，配合第一丝杠做左右低频振动脉冲冲击切割运动， 配合第二丝杠做前后低频振动脉冲冲击切割运动。当所受负载低于设定数值后又自动关闭振动电机，同时开启超声电源，回到超声切割。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

同时具有低频振动脉冲冲击和超声切割系统；

可以实时监测切割所受的负载力；

可以即时切换低高频振动切割，防止了超声系统在大负载下的突然停机。

附图说明

图1是本发明低频振动切割与超声切割组合装置主视图；

图2是本发明低频振动切割与超声切割组合装置侧视图；

图3是本发明低频振动切割与超声切割组合装置切换方法框图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明提出一种复合振动切割装置及切换方法。

一种复合振动切割装置，包括底板1、第一伺服电机2、第一伺服电机安装板3、第一伺服电机编码器4、第一丝杠轴承5、第一丝杠轴承盖6、第一丝杠轴承盖板7、第一滚珠丝杠8、第一丝杠滑块9、第一丝杠拖板10、第二丝杠拖板11、声学系统夹具12、换能器13、变幅杆14、工具头15、连接板16、三向力传感器17、振动电机18、第二伺服电机19、第二伺服电机安装板20、第二伺服电机编码器21、第二丝杠轴承22、第二丝杠轴承盖23、第二丝杠轴承盖板24、第二丝杠滑块25、第二滚珠丝杠26和声学系统。

所述底板1设置在最下端，底板1上从左到右依次设有两个第一丝杠轴承盖板7和一个第一伺服电机安装板3，第一伺服电机2通过螺栓固定在第一伺服电机安装板3的右端，第一伺服电机编码器4设置在第一伺服电机2的输出轴上，第一丝杠轴承盖6通过螺栓固定在第一丝杠轴承7盖板上，第一丝杠轴承盖板7内设置有第一丝杠轴承5，两个第一丝杠滑块9套在第一丝杠8上，第一丝杠拖板10通过螺栓固定在第一丝杠滑块9上，第一伺服电机2的输出轴带动第一丝杠8做左右水平进给运动。

第一丝杠拖板10上设有两个第二丝杠轴承盖板24和一个第二伺服电机安装板20，第二伺服电机19通过螺栓固定在第二伺服电机安装板20上，第二伺服电机编码器21设置在第二伺服电机20的输出轴上，第二丝杠轴承盖23通过螺栓固定在第二丝杠轴承盖板24上，第二丝杠轴承盖板20内设置有第二丝杠轴承22，两个第二丝杠滑块25套在第二丝杠26上，第二丝杠拖板11通过螺栓固定在第二丝杠滑块25上，第二伺服电机19的输出轴带动第二丝杠26做左右水平进给运动。

声学系统设置在第二丝杠拖板11上面，声学系统包括换能器13、变幅杆14和工具头15；换能器13通过声学系统夹具12固定安装在第二丝杠拖板11上，变幅杆14通过夹具固定安装在第二丝杠拖板11上；

振动电机18安装在连接板16上面，连接板16固定安装在夹具的顶部；连接板16上设有多个三向力传感器17，用来实时监测切割时所受到的负载力，通过振动电机产生的低频振动来实现低频振动冲击切割运动。

如图3所示，一种复合振动切割装置的切换方法，该方法包括如下步骤：

第一步：调整切割位置，先将要切割的材料装夹好，通过开启第一伺服电机和第二伺服电机将工具头调整到合适的切割位置。

第二步：先开启超声电源，发生器产生高频电信号，通过换能器转换，变幅杆放大，到工具头产生超声高频振动，配合第一丝杠做左右超声振动切割运动， 配合第二丝杠做前后超声切割运动。

第三步:高低频切换间歇工作，当装置做超声切割运动时，三向力传感器实时监测，当所受负载超过设定数值则自动关闭超声电源，同时自动开启振动电机，产生低频振动，配合第一丝杠做左右低频振动脉冲冲击切割运动， 配合第二丝杠做前后低频振动脉冲冲击切割运动。当所受负载低于设定数值后又自动关闭振动电机，同时开启超声电源，回到超声切割。

第一丝杠8调整好左右切割位置后，关闭第一伺服电机2；开启第二伺服电机19带动第二滚珠丝杠26调整好前后切割位置，关闭第二伺服电机19；开启超声电源，声学系统开始工作，开启第一伺服电机2，第一滚珠丝杠机构8带动声学系统工具头15做左右超声切割；若开启第二伺服电机19，第二滚珠丝杠26带动声学系统工具头15做前后超声切割；同时，连接板16上面用螺栓固定的三向力传感器17在切割过程中即时向PLC反馈电压信号，当监测的电压信号超过设定电压值即负载过大时，PLC控制关闭超声电源，超声振动停止，同时开启振动电机18，产生低频脉冲冲击振动，带动工具头15产生低频脉冲冲击振动，开启第一伺服电机2，第一滚珠丝杠机构8带动工具头15做左右超声切割；若开启第二伺服电机19，第二滚珠丝杠26带动工具头15做前后超声切割；当检测的电压信号低于设定电压值即小负载时，PLC控制关闭振动电机，停止低频振动脉冲冲击切割，同时开启超声电源回到超声切割状态。

Claims (2)

1.一种复合振动切割装置，包括底板、第一伺服电机、第一伺服电机安装板、第一伺服电机编码器、第一丝杠轴承、第一丝杠轴承盖、第一丝杠轴承盖板、第一滚珠丝杠、第一丝杠滑块、第一丝杠拖板、第二丝杠拖板、声学系统夹具、换能器、变幅杆、工具头、连接板、三向力传感器、振动电机、第二伺服电机、第二伺服电机安装板、第二伺服电机编码器、第二丝杠轴承、第二丝杠轴承盖、第二丝杠轴承盖板、第二丝杠滑块、第二滚珠丝杠和声学系统；

其特征在于：所述底板设置在最下端，底板上从左到右依次设有两个第一丝杠轴承盖板和一个第一伺服电机安装板，第一伺服电机通过螺栓固定在第一伺服电机安装板的右端，第一伺服电机编码器设置在第一伺服电机的输出轴上，第一丝杠轴承盖通过螺栓固定在第一丝杠轴承盖板上，第一丝杠轴承盖板内设置有第一丝杠轴承，两个第一丝杠滑块套在第一丝杠上，第一丝杠拖板通过螺栓固定在第一丝杠滑块上，第一伺服电机的输出轴带动第一丝杠做左右水平进给运动；

第一丝杠拖板上设有两个第二丝杠轴承盖板和一个第二伺服电机安装板，第二伺服电机通过螺栓固定在第二伺服电机安装板上，第二伺服电机编码器设置在第二伺服电机的输出轴上，第二丝杠轴承盖通过螺栓固定在第二丝杠轴承盖板上，第二丝杠轴承盖板内设置有第二丝杠轴承，两个第二丝杠滑块套在第二丝杠上，第二丝杠拖板通过螺栓固定在第二丝杠滑块上，第二伺服电机的输出轴带动第二丝杠做左右水平进给运动；

声学系统设置在第二丝杠拖板上面，声学系统包括换能器、变幅杆和工具头；换能器通过声学系统夹具固定安装在第二丝杠拖板上，变幅杆通过夹具固定安装在第二丝杠拖板上；

振动电机安装在连接板上面，连接板固定安装在夹具的顶部；连接板上设有多个三向力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种复合振动切割装置的切换方法，其特征至于，该方法包括如下步骤：

第一步：调整切割位置，先将要切割的材料装夹好，通过开启第一伺服电机和第二伺服电机将工具头调整到合适的切割位置；

第二步：先开启超声电源，发生器产生高频电信号，通过换能器转换，变幅杆放大，到工具头产生超声高频振动，配合第一丝杠做左右超声振动切割运动，配合第二丝杠做前后超声切割运动；

第三步:高低频切换间歇工作，当装置做超声切割运动时，三向力传感器实时监测，当所受负载超过设定数值则自动关闭超声电源，同时自动开启振动电机，产生低频振动，配合第一丝杠做左右低频振动脉冲冲击切割运动，配合第二丝杠做前后低频振动脉冲冲击切割运动；当所受负载低于设定数值后又自动关闭振动电机，同时开启超声电源，回到超声切割。