CN105690444A - 一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台及应用，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打孔装置，所述高频纵扭复合振动打孔装置包括超声波发生器、超声波换能器、至少一级变幅杆和管状刀具，所述管状刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、内含空腔的管体和刃口，所述管体一端与连接头通过螺纹连接，另一端设有所述刃口，所述管体上设置有纵扭复合振动转换结构。本发明提供的技术方案通过高频纵扭复合振动的方式在海绵上轻松打孔，待加工工件通过水平移动机构实现水平移动，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特定位置进行精确的自动控制打孔。

Description

一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台及应用
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打孔工作台。
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。
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。
并且上述无法实现自动化操作，人力成本过高，生产效率也较低。
发明内容
本发明提供了一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，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打孔工作台，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打孔装置，所述高频纵扭复合振动打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管状刀具。
所述管状刀具与相连的变幅杆通过螺纹连接，所述管状刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、内含空腔的管体和刃口，所述管体一端与连接头通过螺纹连接，另一端设有所述刃口，所述管体与连接头连接处设有圆弧过渡结构。
所述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；
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打孔装置在竖直移动机构带动下下移，随管状刀具穿过所述待加工工件，完成打孔作业。
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管状刀具穿过的空档。
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，所述刃口通过焊接设置在管体上。
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，所述底板距所述水平移动机构1-5cm。
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，所述连接头内设有通道，所述通道一端与外接空气压缩机相通，另一端与所述管体的空腔相通。
进一步的，所述水平移动机构包括设置在所述底座上的纵向运动平台和设置在纵向运动平台上的横向运动平台；所述竖直移动机构包括设置在所示底座上的立柱、设置在立柱上的驱动电机和通过联轴器与驱动电机相连的丝杆，所述支撑架通过螺母副设置在丝杆上。
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打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打孔工作台完成，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打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）中所述高频振动海绵打孔工作台可从空腔内提取出圆柱条形坯体，步骤2）中所述高频振动海绵打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纵扭复合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动，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特定位置进行精确的自动控制打孔，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打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是图1中所示待加工工件打孔剖视图；
图5是图4的俯视图；
图6是本发明所述管状刀具一具体实施方式的结构示意图；
图7是所述管状刀具局部放大剖视图；
图8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9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10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11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；
图中所示：
10-待加工工件，20-通孔；
1-底座，3-固定架，5-支撑架；
11-超声波发生器、12-导线、13-超声波换能器、14-变幅杆、15-管状刀具
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；
151-连接头、152-管体、153-刃口、154-纵扭复合振动转换结构、155-圆弧过渡结构、156-空腔、157-通道、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打孔工作台和应用作进一步详细说明。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打孔工作台，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打孔装置。待加工工件10也就是海绵块卡设在固定架3内。
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。
继续参见图1，所述高频纵扭复合振动打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螺纹连接的变幅杆14、与所述变幅杆14通过螺纹连接的管状刀具15。
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10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1和3所示，待加工工件10尺寸为厚度340mm，长度1000mm，宽度600mm的海绵坯体，要在其上依次加工出矩阵排列的多个通孔20，孔径5mm，长度为340mm。如图4所示，所述底板31呈格栅状，所述管状刀具45穿过部分，也就是通孔20所处位置被空出来，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6所示，所述管状刀具15包括与所述变幅杆14相接的圆柱形连接头151、内含空腔156的管体152、刃口153。
如图7所示，所述管体152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152前端的刃口153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；
继续参见图6，所述连接头151内设有通道157，所述通道157一端外接空气压缩机（未示），另一端与所述空腔156相通。
继续参见图6，所述管体152一端与连接头151通过螺纹连接，另一端焊接所述刃口153，所述管体152的管壁为1mm，所述管体152的材料为TC4钛合金，所述刃口153的材料为高速钢。
继续参见图6，所述管体152与连接头151连接处通过点焊形成圆弧过渡结构155，圆弧半径为1mm-20mm，所述刃口153为整体为倒圆台型，斜度为1:10。
如图7所示，刃口153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。
简述转印辊的弹性体层的成型加工过程：所述弹性体层长度340mm，内径5mm，外径12mm。
1）将待加工工件10卡设在固定架3内，待加工工件10为长方体海绵坯体，其尺寸为厚度340mm，长度1000mm，宽度600mm；自动控制水平移动机构，使预打孔位置与所述管状刀具15对准，选用管体152长度为350mm，外径为15mm，内径13mm，控制竖直移动机构使管状刀具15下移至接近待加工工件10，使锋利尖角159扎入待加工工件10内，然后继续下移穿过待加工工件10，完成打孔，然后控制竖直移动机构上移，管状刀具15从待加工工件10内抽出，通入压缩空气将空腔156内的废料排除，然后水平移动机构运动，将待加工工件10上下一个预打孔位置运动至指定位置，重复以上过程，完成待加工工件10上所以通孔20的加工。
2）固定圆柱型坯体，然后在其上加工通孔，选用管体152长度为350mm，外径为8mm，内径6mm；
3）最后采用专用设备进行外轮廓的精细打磨，获得最终产品。

Claims (10)

1.一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，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打孔装置，所述高频纵扭复合振动打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管状刀具。
2.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，其特征在于，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管状刀具穿过的空档。
3.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，其特征在于，所述管状刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、内含空腔的管体和刃口，所述管体底端与连接头相连，所述管体顶端与所述刃口相连。
4.根据权利要求3所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，其特征在于，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。
5.根据权利要求3所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，其特征在于，所述管体上设置有纵扭复合振动转换结构。
6.根据权利要求5所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，其特征在于，所述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。
7.根据权利要求3所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，其特征在于，所述连接头内设有通道，所述通道一端与外接空气压缩机相通，另一端与所述管体的空腔相通。
8.根据权利要求1所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，其特征在于，所述水平移动机构包括设置在所述底座上的纵向运动平台和设置在纵向运动平台上的横向运动平台；所述竖直移动机构包括设置在所示底座上的立柱、设置在立柱上的驱动电机和通过联轴器与驱动电机相连的丝杆，所述支撑架通过螺母副设置在丝杆上。
9.根据权利要求8所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台，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。
10.权利要求1-9任一所述一种高频纵扭复合振动海绵打孔工作台用于转印辊的弹性体层的成型加工，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
空心条形坯体外轮廓打磨成型；
或者：
在坯体上打孔，获得含通孔的坯体；
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）通过所述高频纵扭复合振动海绵打孔工作台完成。
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