CN105666547B - 一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台及应用，该工作台包括底座、水平移动机构、固定架、竖直移动机构、支撑架和高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置包括超声波发生器、超声波换能器、至少一级变幅杆和多管刀具，所述多管刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、管体安置板、内含空腔的多个管体和刃口，每个所述管体一端与管体安置板通过可拆卸方式连接，另一端延伸出所述刃口，所述管体上设置有纵扭复合振动转换结构。本发明通过高频振动的方式在海绵上轻松打孔，工件通过水平移动机构实现二维平面内的任意轨迹移，群钻打孔装置可实现上下精确运动，通过固定架可根据要求在待加工工件进行一次多孔自动成型。

Description

一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台及应用

技术领域

本发明属于转印辊加工设备，具体涉及一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台。

背景技术

打印机或复印机的转印辊一般包括金属芯轴和套设在金属芯轴之外的弹性体层，所述弹性体层通常是上述弹性材料，为了设置内部芯轴，需要在弹性材料上开通孔。转印辊属于打印机或复印机的核心部件，对于尺寸精度和外形的平整度要求都非常高。但弹性材料在轻微压力或扭力下易于变形并且倾向于通过压缩或变形抵抗向下的切削或钻取动作。

目前在海绵上打孔可以考虑如下两种方式：其一采用刀具钻孔加工，比如中国专利CN201856270U中公开了上述技术方案，但在旋转刀具作用下，会轴向受到水平和扭转的力，导致多方向形变，为了保证加工的孔圆度、尺寸和轴向水平度则必须通过人工操作随时调整受力来实现，即使这样也存在较高的次品率，所以加工成本高，效率低。其二利用发泡海绵本身遇热容易融化的特性，采用电热丝或激光打孔，但热切割会对加工材料表面造成损伤，控制难度大，加工效率低，加工过程还会产生大量有害气体，污染环境。

希望通过上述两种打孔方式都不甚理想，无法满足转印辊上弹性体层的要求，并且因为受力变形的问题更不可能同时进行多个产品的同时加工，也就是一次打多个孔，如果希望同时打多孔，则必须要将海绵坯体进行压缩，克服同时多向受力，形变不可控的问题，但压缩过程中无法保证各向同性，这样待打孔后回弹必然会造成孔壁的缺陷，更为常见的是轴心的偏斜，造成不合格率进一步上升。

发明内容

本发明提供了一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，用以解决目前转印辊的弹性体层加工效率低，自动化程度低，产品精度低等问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，包括底座、设置在所述底座上的水平移动机构、设置在水平移动机构上的固定架、设置在所述底座上的竖直移动机构、设置在所述竖直移动机构上的支撑架和设置在所述支撑架上且位于所述固定架上方的高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置包括超声波发生器、与所述超声波发生器通过导线相连的超声波换能器、与所述超声波换能器相连的至少一级变幅杆和与所述变幅杆相连的多管刀具。待加工工件置于所述固定架上，可根据需要随水平移动机构做在水平方向上移动，所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置在竖直移动机构带动下下移，完成一次性多孔加工作业。

进一步的，所述多管刀具与相连的变幅杆通过螺纹连接，所述多管刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、与连接头相连的管体安置板、所述管体安置板上设置内含空腔的多个管体和刃口，每个所述管体一端与管体安置板通过可拆卸方式连接，另一端延伸出所述刃口。

所述每个管体上设置有纵扭复合振动转换结构，所述纵扭复合振动转换结构为螺旋斜槽结构、螺旋斜孔结构、沿螺旋线路径阵列孔结构或螺旋结构，纵扭复合振动转换结构为螺旋斜槽结构时，螺旋斜槽中心线的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动转换结构为螺旋斜孔结构时，螺旋斜孔中心线的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动转换结构为沿螺旋线路径阵列孔结构时，螺旋线路径的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动转换结构为螺旋结构时，螺旋结构的螺旋角在3-87度之间。

进一步的，所述管体安置板上设有多个内螺纹孔，所述管体与管体安置板相连的一端设有与所述内螺纹孔相匹配的外螺纹头。螺纹连接，便于更换管体，根据打孔数量、大小和位置，仅需调整各个管体即可。

进一步的，所述连接头内设有通道，所述管体安置板内设有分气道，所述通道一头与外接空气压缩机相通，另一头与所述分气道的总头相连，所述分气道的各分头与管体内空腔相通。

进一步的，所述管体安置板还包括内螺纹孔的封盖，所述封盖用于未连接管体的内螺纹孔的封闭。

进一步的，所述固定架包括承载所述待加工工件的底板、环绕所述底板且与待加工工件外形相匹配的外框和设置在底板下且固定在所述水平移动机构上的底脚，所述底板上设有容许所述多管刀具穿过的空档。

进一步的，所述超声波换能器产生轴向振动，振动频率为10-120kHz。

进一步的，所述圆弧过渡结构通过点焊形成，圆弧半径为1mm-20mm。

进一步的，所述管体的材料为TC4钛合金或316L不锈钢，所述刃口的材料为TC4钛合金或316L不锈钢或高速钢或硬质合金。

进一步的，所述管体的管壁厚度为0.5-3mm。

进一步的，所述刃口整体为倒圆台型，斜度为1:5-1:100。

进一步的，所述刃口的末端具有圆周均匀分布的月牙形缺口，每个月牙形缺口均具有锋利边沿，在相邻的两个月牙形缺口中间具有一个锋利尖角。

进一步的，所述外框上设有卡设待加工工件的内翻边。

进一步的，所述固定架通过螺栓固定在所示水平移动机构上。

进一步的，所述竖直移动机构还包括竖直微调机构，所述竖直微调机构通过螺母副设置在丝杆上，所述支撑架与竖直微调机构相连。

本发明还提供了上述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台的一个用途，用于转印辊的弹性体层的成型加工，包括如下步骤：1）提取条形坯体；2）在所述条形坯体上打孔，获得空心条形坯体；和3）空心条形坯体打磨成型；其中步骤1）和/或步骤2）通过所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台完成，并且所述步骤1）和步骤2）前后顺序可换。也就是说所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台可以成型所述弹性体层的外轮廓和内轮廓，步骤1）中所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台可从空腔内提取出圆柱条形坯体，步骤2）中所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台可在条形坯体上开孔。

本发明提供的技术方案通过高频振动的方式在海绵上轻松打孔，打孔过程稳定，孔径尺寸精度高，孔壁表面平整无损伤，待加工工件通过水平移动机构实现二维平面内的任意轨迹移，群钻打孔装置通过竖直移动机构可实现上下精确运动，通过固定架可根据要求在待加工工件进行一次多孔自动成型，对精度要求较高的转印辊的自动化加工意义重大。

附图说明

图1是本发明所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台一具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明所述固定架一具体实施方式的剖视图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明所述多管刀具一具体实施方式的结构示意图；

图5是图4的仰视图；

图6是本发明所述管体安置板一具体实施方式的结构示意图；

图7是实施例1中所述管体的剖视图；

图8是图1中所示待加工工件取条剖视图；

图9是图8的俯视图；

图10是实施例2中所述管体的剖视图；

图11是实施例2中所述多管刀具的结构示意图；

图12是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋斜槽结构局部视图；

图13是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋斜孔结构结构局部视图；

图14是所述管体中纵扭复合振动转换结构的沿螺旋线路径阵列孔结构局部视图；

图15是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋结构局部视图；

图16是转印辊的弹性体层的成型加工剖视图；

图17是图16的俯视图；

图中所示：

10-待加工工件，20-通孔，23-转印辊的弹性体层；

1-底座、3-固定架、5-支撑架；

21-纵向运动平台、22-横向运动平台；

31-底板、32-外框、33-底脚、34-内翻边；

41-立柱、42-驱动电机、43-联轴器、44-丝杆、45-螺母副、46-竖直微调机构；

11-超声波发生器、12-导线、13-超声波换能器、14-变幅杆、15-多管刀具、

151-连接头、152-管体安置板、153-空腔、156-管体、155-刃口；

1511-通道、1521-分气道、1522-内螺纹孔、1523-封盖、1533-外螺纹头。

154-纵扭复合振动转换结构、157-圆弧过渡结构、158-月牙形缺口、159-锋利尖角；

1541-螺旋斜槽结构、1542-螺旋斜孔结构、1543-沿螺旋线路径阵列孔结构、1544-螺旋结构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，如图1所示，包括底座1、设置在所述底座1上的水平移动机构、设置在水平移动机构上的固定架3、设置在所述底座1上的竖直移动机构、设置在所述竖直移动机构上的支撑架5和设置在所述支撑架5上且位于所述固定架3上方的高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置。待加工工件10也就是海绵块卡设在固定架3内。

实施例1

如图1所示，所述水平移动机构包括纵向运动平台21和横向运动平台22，滚珠丝杠驱动形式的纵向运动平台21通过螺栓联接设置在底座1上，滚珠丝杠驱动形式的横向运动平台22通过螺栓联接设置在纵向运动平台21上，固定架3通过螺栓联接设置在横向运动平台22上，通过纵向运动平台21、横向运动平台22的配合驱动，固定架3带动待加工工件10实现横向和纵向的复合二维平面内的任意轨迹移动。

继续参见图1，所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置包括超声波发生器11、与所述超声波发生器11通过导线12相连的超声波换能器13、与所述超声波换能器13相连的变幅杆14和与所述变幅杆14相连的多管刀具15。

继续参见图1，所述竖直移动机构包括设置在所示底座1上的立柱41、设置在立柱41上的驱动电机42、通过联轴器43与驱动电机42相连的丝杆44和通过螺母副45设置在丝杆44上的竖直微调机构45，所述支撑架5设置在所述竖直微调机构46的丝杆44上。

如图2所示，所述固定架3包括承载所述待加工工件10的底板31、环绕所述底板31的外框32和设置在底板31下的底脚33，所述底板31距所述水平移动机构高出3cm，所述底脚33通过螺栓固定在横向运动平台22上，所述外框31顶端设有内翻边34，待加工工件10可卡设其中。

如图3所示，所述底板31呈格栅状，所述多管刀具15穿过部分被空出来，所述外框32的外形与所述待加工工件10外形匹配，所述待加工工件10卡设其中，被定位和固定。

如图4所示，所述多管刀具15包括与所述变幅杆14相接的连接头151、与连接头151相连的管体安置板152、所述管体安置板152上设置内含空腔153的多个管体156、所述管体156一端延伸出的刃口155。

如图4和图7所示，所述管体156上设置的纵扭复合振动转换结构154为螺旋斜孔结构，螺旋斜孔中心线的螺旋升角为45度；该纵扭复合振动转换结构154将超声换能器产生的一部分纵向振动转换为圆周方向的扭转振动，驱动管体156前端的刃口155进行纵扭复合高频振动，纵向振动幅值为76微米，扭转振动幅值为20微米。所述管体156的管壁为1mm，所述管体的材料为TC4钛合金，所述刃口的材料为高速钢。所述刃口155为整体为倒圆台型，斜度为1:10。

如图4和图6所示，所述管体安置板152与连接头151一体成型，所述连接头151内设有通道1511，所述管体安置板152内设有分气道1521，所述通道1511一头与外接空气压缩机（图中未示）相通，另一头与所述分气道1521的总头相连，所述分气道1521的各分头与管体156内空腔153相通。

如图4所示，刃口155末端的具有圆周均匀分布的8个月牙形缺口158，每个月牙形缺口158均具有锋利边沿，月牙形缺口158的圆弧半径为2mm，在相邻的两个月牙形缺口158中间具有一个锋利尖角159。

实施例1的加工过程：

如图1所示，采用上述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台进行转印辊的弹性体层23的成型加工，计划在厚度为340mm，长度1000mm，宽度600mm的长方体海绵待加工坯体10上加工并取出转印辊的弹性体层23，所述转印辊的弹性体层23空心条形坯体内含有通孔20，所述转印辊的弹性体层23空心条形坯体的外径为12mm，内径（或通孔20）为5mm。

包括如下步骤：

（1）提取条形坯体；

1）将待加工坯体10放置在多管刀具15的行进方向上固定，使预打孔位置与所述多管刀具15对准；

2）超声波发生器11为超声波换能器13提供高频电能后，超声波发生器11的输入电压为220v，输入电流为3A，超声波换能器13的振动频率为18.5kHz，多管刀具前端刃口纵向振动幅值为76微米，扭转振动幅值为20微米；

3）选用管体156长度为350mm，外径为15mm，内径13mm，将多管刀具15移向并穿过待加工坯体10，先后包括提速、匀速和降速阶段，所述提速阶段的起始速率为0.5mm/s，行进距离为8mm，约经过10秒匀速行进，降速行进5mm，结束速率为2mm/s；然后空气压缩机通入0.2-0.8Mpa的压力气体，圆柱形海绵条从多管刀具15前端被吹出；然后将空腔156内的圆柱形海绵条集中收集，获得多个圆柱型条形坯体；

（2）在圆柱型条形坯体上打孔，获得空心条形坯体-转印辊的弹性体层23；

固定圆柱形条形坯体，然后在其上加工通孔，选用管体156长度为350mm，外径为8mm，内径6mm；

（3）空心条形坯体打磨成型， 最后采用专用设备对空心条形坯体进行外轮廓的精细打磨，获得最终产品。

实施例2

与实施例1的区别在于，所述管体安置板152还包括内螺纹孔1522的封盖1523。用于未连接管体的内螺纹孔1522的封闭。

比如，当预加工的转印辊的弹性体层直径较大时，如图8所示，管体的外螺纹头1533与内螺纹孔1522相匹配，空腔153配合预加工孔的尺寸。

由于管体外径变大，无法在所述管体安置板152上依次设置管体，为未使用的内螺纹孔1522通过封盖1523封闭。

采用实施例1中所述的加工过程，即可实现多个圆柱形空心条形坯体-转印辊的弹性体层23的加工。

Claims (7)

1.一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，其特征在于，包括底座、设置在所述底座上的水平移动机构、设置在水平移动机构上的固定架、设置在所述底座上的竖直移动机构、设置在所述竖直移动机构上的支撑架和设置在所述支撑架上且位于所述固定架上方的高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置，所述高频纵扭复合振动海绵群钻制孔装置包括超声波发生器、与所述超声波发生器通过导线相连的超声波换能器、与所述超声波换能器相连的至少一级变幅杆和与所述变幅杆相连的多管刀具；所述多管刀具与相连的变幅杆通过螺纹连接，所述多管刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、与连接头相连的管体安置板、所述管体安置板上设置内含空腔的多个管体和刃口，每个所述管体一端与管体安置板通过可拆卸方式连接，另一端延伸出所述刃口；所述刃口整体为倒圆台型，斜度为1:5-1:100；所述刃口的末端具有圆周均匀分布的月牙形缺口，每个月牙形缺口均具有锋利边沿，在相邻的两个月牙形缺口中间具有一个锋利尖角；所述每个管体上设置有纵扭复合振动转换结构；所述每个管体上设置的纵扭复合振动转换结构为螺旋斜槽结构、螺旋斜孔结构、沿螺旋线路径阵列孔结构或螺旋结构。

2.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，其特征在于，所述管体安置板上设有多个内螺纹孔，所述管体与管体安置板相连的一端设有与所述内螺纹孔相匹配的外螺纹头。

3.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，其特征在于，所述管体安置板还包括内螺纹孔的封盖，所述封盖用于未连接管体的内螺纹孔的封闭。

4.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，其特征在于，所述连接头内设有通道，所述管体安置板内设有分气道，所述通道一头与外接空气压缩机相通，另一头与所述分气道的总头相连，所述分气道的各分头与管体内空腔相通。

5.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，其特征在于，所述固定架包括承载待加工工件的底板、环绕所述底板且与待加工工件外形相匹配的外框和设置在底板下且固定在所述水平移动机构上的底脚，所述底板上设有容许所述多管刀具穿过的空档。

6.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台，其特征在于，所述竖直移动机构还包括竖直微调机构，所述竖直微调机构通过螺母副设置在丝杆上，所述支撑架与竖直微调机构相连。

7.权利要求1-6任一所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台用于转印辊的弹性体层的成型加工的方法，包括如下步骤：

11）提取条形坯体；

12）在所述条形坯体上打孔，获得空心条形坯体；和

13） 空心条形坯体外轮廓打磨成型；

或者：

21） 在坯体上打孔，获得含通孔的坯体；

22） 在所述含通孔的坯体上通过通孔定位，提取空心条形坯体；

23）空心条形坯体外轮廓打磨成型；

其中步骤11）和/或步骤12）；步骤21和/或步骤22）通过所述一种高频纵扭复合振动海绵群钻制孔工作台完成。