CN105729520B - 一种高频振动海绵阵列取条工作台及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高频振动海绵阵列取条工作台及应用，该工作台包括底座、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振动海绵阵列取条装置，所述高频振动海绵阵列取条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。本发明通过高频振动的方式在海绵上轻松取条，工件通过水平移动机构实现二维平面内的任意轨迹移动，阵列取条装置可实现上下精确运动，配合固定架可在待加工工件上一次性进行多根空心条形坯体的成型。

Description

一种高频振动海绵阵列取条工作台及应用
技术领域
本发明属于转印辊加工设备，具体涉及一种高频振动海绵阵列取条工作台。
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。
目前在海绵上取条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。
希望通过上述两种取条方式都不甚理想，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，也就是一次进行多件取条，如果希望同时加工多件，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，这样待取条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振动海绵阵列取条工作台，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：所述高频振动海绵阵列取条工作台，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振动海绵阵列取条装置，所述高频振动海绵阵列取条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，所述高频振动海绵阵列取条装置在竖直移动机构带动下下移，一次性完成多根空心条形坯体的成型。
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，另一端与所述刃口相连。
进一步的，所述每个管体为多层环套结构。
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，根据取条数量、大小和位置，仅需调整各个管体即可。
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，所述刃口的振幅为10-200μm，优选30-150μm。
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，每个所述管体上的所述刃口边缘设有至少一个定位针。因多孔弹性材料易于形变，在多管刀具刚接触时多点受力，易导致定位失败，前端设置了定位针，点受力插入材料中可以有效保障定位的准确性和稳定性。
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振动海绵阵列取条工作台的一个用途，用于转印辊的弹性体层的成型加工，包括如下步骤：1）提取空心条形坯体；2）空心条形坯体外轮廓打磨成型；其中步骤1）通过所述高频振动海绵阵列取条工作台完成，也就是说所述高频振动海绵阵列取条工作台可以从待加工工件中一次性提取出多根圆柱空心条形坯体，即空心圆柱形的转印辊。
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阵列取条，阵列取条过程稳定，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，阵列取条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从待加工工件中一次性提取出多根圆柱空心条形坯体，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是本发明所述高频振动海绵阵列取条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是本发明所述管体安置板一具体实施方式的结构示意图；
图6是图5的仰视图；
图7本发明所述多管刀具一具体实施方式的结构示意图；
图8是本发明所述多管刀具实施方式的另一结构示意图；
图9是实施例中所述定位针分布结构示意图；
图10是实施例2中所述多管刀具的结构示意图；
图11是实施例1和2中所述待加工坯料结构示意图；
图12是图11的俯视图；
图中所示：
10-待加工坯体、20-空心条形坯体；
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；
1511-通道、1521-分气道、1522-内螺纹孔、1523-封盖、1533-外螺纹头；
1541-外层管体、1542-内层管体、1551-外刃口、1552-内刃口、1561-第一定位针、1562-第二定位针。
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振动海绵阵列取条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。
本发明所述高频振动海绵阵列取条工作台，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上方的高频振动阵列取条装置。待加工工件10也就是海绵块卡设在固定架3内。
继续参见图1，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，所述高频振动阵列取条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。所述超声波换能器13产生轴向振动，振动频率为18.5kHz ，刃口的振幅为90μm。
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的内层管体1542和外层管体1541、内刃口1552、外刃口1551、第一定位针1561和第二定位针1562。
如图5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，如图4所示，所述分气道1521的各分头与管体内空腔153相通。
参见图7、8和图9，所述内含空腔153的内层管体1542和外层管体1541一端与管体安置板152通过外螺纹头1533连接，另一端焊接所述内刃口1552和外刃口1551，一对所述定位针1561对称分布在刃口内1552下边缘圆周上，另一对所述定位针1562对称分布在刃口内1551下边缘圆周上，且一对第一定位针1561与一对第二定位针1562呈十字交叉分布。所述内层管体1542的内径为5mm，外层管体1541的内径为12mm，内层管体1542和外层管体1541的管壁均为1mm，内层管体1542和外层管体1541的材料为TC4钛合金，所述刃口的材料为高速钢。所述内刃口1552和外刃口1551为倒圆台型，斜度为1:10。
如图5和图6所示，所述管体安置板152上设有多个内螺纹孔1522，所述管体安置板152上内螺纹孔1522以矩阵形式排列，行宽与列宽相等。
如图1所示，采用上述高频振动海绵阵列取条工作台进行转印辊的弹性体层的成型加工，计划在长方体海绵待加工坯体10上加工并取出空心条形坯体20，所述空心条形坯体20内含有通孔21，所述长方体海绵待加工坯体10的厚度为340mm，长度1000mm，宽度600mm，所述空心条形坯体20的外径为12mm，内径（或通孔直径）为5mm。
1）采用上述高频振动海绵阵列取条工作台进行批量取条加工的过程如下：
（1）将待加工坯体10放置在多管刀具15的行进方向上固定；
（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65kHz，振幅为4μm，变幅杆14将超声波换能器13产生的高频振动的振动幅值进行放大，放大后变幅杆14前端振幅为80μm，驱动多管刀具15以较大的振幅进行振动，多管刀具前端刃口振幅为90μm；
（3）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，多管刀具15的内层管体1542内为圆柱体海绵条，所述外层管体1541和内层管体1542之间为目标产品空心条形坯体20；
（4）空气压缩机通入0.2-0.8Mpa的压力气体，圆柱形海绵条和产品空心条形坯体20从多管刀具15前端被吹出。
2）最后采用专用设备对取条得到的空心条形坯体20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，当预加工圆柱形空心条形坯体20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20的加工。

Claims (7)

1.一种高频振动海绵阵列取条工作台，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振动海绵阵列取条装置，所述高频振动海绵阵列取条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，另一端与所述刃口相连；所述每个管体为多层环套结构；每个所述管体上的所述刃口边缘设有至少一个定位针；所述超声波换能器产生轴向振动，振动频率为10-120kHz；所述管体的管壁厚度为0.5-3mm。
2.根据权利要求1所述一种高频振动海绵阵列取条工作台，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所述一种高频振动海绵阵列取条工作台，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所述一种高频振动海绵阵列取条工作台，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所述一种高频振动海绵阵列取条工作台，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；所述外框上设有卡设待加工工件的内翻边；所述固定架通过螺栓固定在所示水平移动机构上。
6.根据权利要求1所述一种高频振动海绵阵列取条工作台，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任一所述一种高频振动海绵阵列取条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）提取空心条形坯体；
12）空心条形坯体外轮廓打磨成型；
步骤11）通过所述高频振动海绵阵列取条工作台完成。
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