CN107511938A - 精密超声打孔机及其工具头角度调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了精密超声打孔机及其工具头角度调整方法。精密超声打孔机包括机架、导轨、滑块、超声振动系统、工具头、进给系统、角度调节装置和位移传感器；该角度调节装置包括X轴角度微动台和Y轴角度微动台，该超声振动系统装接在Y轴角度微动台，通过角度调节装置能调节超声振动系统的角度，能调节工具头的角度；该位移传感器装接在机架上用于检测工具头移动前后位移传感器的两次测量值之差及工具头沿导轨的进给量，依据两次测量值之差及进给量并通过角度调节装置对工具头角度进行调整。它具有如下优点：能对工具头进行精准调节，使工具头轴线与导轨平行，有效地保证了打孔精度和起到保护工具头的作用。

Description

精密超声打孔机及其工具头角度调整方法

技术领域

本发明涉及一种打孔设备，尤其涉及一种精密超声打孔机及其工具头角度调整方法。

背景技术

硬脆性材料如蓝宝石、玻璃、工程陶瓷等具有良好的机械化学性质，常常被用来制造精密元件，在光学、航空航天、半导体等领域已得到广泛的应用。然而由于硬脆性材料的高硬度和高脆性，使得对其加工非常困难，而针对硬脆性材料孔的加工则更具有挑战性。针对硬脆性材料的圆孔加工目前主要采用铣磨加工，然而这种方法无法实现对微小孔、异型孔以及大深径比孔的加工。超声加工是近几十年发展起来的一种新的加工方法，被广泛应用于硬脆性材料的精密加工，包括超声打孔加工。超声打孔原理是通过工具头的超声频率振动带动磨粒冲击工件表面，达到去除工件材料的目的。针对硬脆性材料的孔加工，超声打孔具有很好的效果。

然而，在超声打孔加工中，尤其是微小孔和深孔加工过程中，工具头与导轨间的平行度要求非常严格，如果工具头与导轨间存在一定的角度偏差，将使得工具头磨损更为严重、孔的形状精度变差，如果角度偏差过大，甚至无法实现深孔的加工。但由于制造和安装的误差，使得工具头轴线与导轨之间存在一定的角度偏差，这将对超声打孔尤其是深孔的加工精度造成严重的影响。

发明内容

本发明提供了精密超声打孔机及其工具头角度调整方法，其克服了背景技术中精密超声打孔机所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

精密超声打孔机，包括机架、导轨、滑块、超声振动系统、工具头、进给系统、角度调节装置和位移传感器；该导轨沿Z轴固设在机架，该滑块滑接在导轨上，该进给系统连接滑块以能带动滑块沿Z轴滑动；该工具头装接在超声振动系统上；该角度调节装置至少包括X轴角度微动台和Y轴角度微动台，该X轴角度微动台能绕X轴转动地装接在滑块，该Y轴角度微动台能绕Y轴转动地装接在X轴角度微动台，该超声振动系统装接在Y轴角度微动台，通过角度调节装置能调节超声振动系统的角度，能调节工具头的角度；该位移传感器装接在机架上用于检测工具头移动前后位移传感器的两次测量值之差及工具头沿导轨的进给量，依据两次测量值之差及进给量并通过角度调节装置对工具头角度进行调整。

一实施例之中：该位移传感器采用激光位移传感器。

一实施例之中：该机架包括机床主体和机床底座，该机床主体固接在机床底座上，该导轨固接在机床主体上，该位移传感器通过夹具固定于机床底座上，该位移传感器的探测方向平行于X轴或Y轴。

一实施例之中：该机架包括机床主体和机床底座，该机床主体固接在机床底座上，该导轨固接在机床主体上；配设有两套上述的位移传感器，该两套位移传感器都通过夹具固定于机床底座上，且该两套位移传感器的探测方向分别平行于X轴或Y轴。

一实施例之中：还包括处理器和角度驱动系统，该角度驱动系统传动连接X轴角度微动台和Y轴角度微动台以能带动X轴角度微动台、Y轴角度微动台转动；该处理器信号连接位移传感器和角度驱动系统。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

上述的精密超声打孔机的工具头角度调整方法，包括：

步骤1：将工具头粗调至与导轨大致平行的位置，将位移传感器对准工具头上一点，且位移传感器探测方向平行于X轴，固定位移传感器于机架上；

步骤2：开启进给系统，工具头沿导轨方向移动一定距离，记录下工具头移动前后位移传感器的两次测量值之差δ及工具头沿导轨的进给量L；

步骤3：调整Y轴角度微动台，调整量为：

步骤4：调整位移传感器探测方向至平行于Y轴，参照步骤1至步骤3测量出δ值与L值，计算出s值，调整X轴角度微动台。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

依据两次测量值之差及进给量并通过角度调节装置对工具头角度进行调整，能对工具头进行精准调节，使工具头轴线与导轨平行，有效地保证了打孔精度和起到保护工具头的作用，特别在硬脆性材料深孔加工中具有重要意义，且操作简单，方法便捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的一种深孔精密超声打孔机的结构示意图。

图2为本发明的角度调节装置的结构示意图。

图3为本发明的调整方法的原理图。

具体实施方式

请查阅图1至图3，精密超声打孔机，包括机架、导轨2、滑块、超声振动系统3、工具头4、进给系统、角度调节装置5和位移传感器6，该位移传感器6采用激光位移传感器。该机架包括机床主体1和机床底座7，该机床主体1固接在机床底座7上，该导轨2沿Z轴固接在机床主体1上。该滑块滑接在导轨2上，该进给系统连接滑块以能带动滑块沿Z轴滑动。该角度调节装置5装接在滑块上，该超声振动系统3装接在角度调节装置5上，该工具头4装接在超声振动系统3上。

该角度调节装置5至少包括X轴角度微动台51和Y轴角度微动台52，该X轴角度微动台51能绕X轴转动地装接在滑块，该Y轴角度微动台52能绕Y轴转动地装接在X轴角度微动台51，该超声振动系统3通过法兰固定装接在Y轴角度微动台52，通过角度调节装置5能调节超声振动系统3的角度，能调节工具头4的角度。该位移传感器6装接在机床底座7上用于检测工具头4移动前后位移传感器6的两次测量值之差及工具头4沿导轨2的进给量，依据两次测量值之差及进给量并通过角度调节装置5对工具头4角度进行调整。

该位移传感器6通过夹具8固定于机床底座7上，该位移传感器6的探测方向平行于X轴或Y轴。根据需要可配设一套位移传感器6，通过家具8实现能装拆连接，则需拆装位移传感器以先后两次测量，或，配设两套位移传感器6，两套位移传感器的探测方向分别平行于X轴或Y轴，以同时进行测量。

根据需要，还包括处理器和角度驱动系统，该角度驱动系统传动连接X轴角度微动台和Y轴角度微动台以能带动X轴角度微动台、Y轴角度微动台转动；该处理器信号连接位移传感器和角度驱动系统，形成闭环控制，以自动调节工具头的角度。

上述的精密超声打孔机的工具头角度调整方法，包括：

步骤1：将工具头4粗调至与导轨2大致平行的位置，将位移传感器6对准工具头4上一点，且位移传感器6探测方向平行于X轴，固定位移传感器6于机架上；

步骤2：开启进给系统，工具头4沿导轨2方向移动一定距离，记录下工具头4移动前后位移传感器6的两次测量值(移动前的测量值及移动后的测量值)之差δ及工具头4沿导轨2的进给量L；

步骤3：调整Y轴角度微动台52，调整量为：其中：1)当δ＝0时，s也等于0，表明在该探测方向(平行于X轴)上，工具头4轴线与导轨2平行，无需调整；2)当δ≠0时，调整Y轴角度微动台51，调整量为：

步骤4：调整位移传感器6探测方向至平行于Y轴，参照步骤1至步骤3测量出δ值与L值，计算出s值，调整X轴角度微动台51。

本具体实施方式之中，所述角度微动台51,52的最小角度位移分辨率优于30’’；所述进给系统最小位移分辨率优于0.1μm；所述激光位移传感器6的分辨率优于10nm，最终工具头4的角度调整误差在0.05-0.1度范围内。

本具体实施方式之中，也可手动调节角度微动台51,52。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.精密超声打孔机，包括机架、导轨、滑块、超声振动系统、工具头和进给系统；该导轨沿Z轴固设在机架，该滑块滑接在导轨上，该进给系统连接滑块以能带动滑块沿Z轴滑动；该工具头装接在超声振动系统上；其特征在于：还包括角度调节装置和位移传感器；该角度调节装置至少包括X轴角度微动台和Y轴角度微动台，该X轴角度微动台能绕X轴转动地装接在滑块，该Y轴角度微动台能绕Y轴转动地装接在X轴角度微动台，该超声振动系统装接在Y轴角度微动台，通过角度调节装置能调节超声振动系统的角度，能调节工具头的角度；该位移传感器装接在机架上用于检测工具头移动前后位移传感器的两次测量值之差及工具头沿导轨的进给量，依据两次测量值之差及进给量并通过角度调节装置对工具头角度进行调整。

2.根据权利要求1所述的精密超声打孔机，其特征在于：该位移传感器采用激光位移传感器。

3.根据权利要求1所述的精密超声打孔机，其特征在于：该机架包括机床主体和机床底座，该机床主体固接在机床底座上，该导轨固接在机床主体上，该位移传感器通过夹具固定于机床底座上，该位移传感器的探测方向平行于X轴或Y轴。

4.根据权利要求1所述的精密超声打孔机，其特征在于：该机架包括机床主体和机床底座，该机床主体固接在机床底座上，该导轨固接在机床主体上；配设有两套上述的位移传感器，该两套位移传感器都通过夹具固定于机床底座上，且该两套位移传感器的探测方向分别平行于X轴或Y轴。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的精密超声打孔机，其特征在于：还包括处理器和角度驱动系统，该角度驱动系统传动连接X轴角度微动台和Y轴角度微动台以能带动X轴角度微动台、Y轴角度微动台转动；该处理器信号连接位移传感器和角度驱动系统。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的精密超声打孔机的工具头角度调整方法，其特征在于：包括：

步骤1：将工具头粗调至与导轨大致平行的位置，将位移传感器对准工具头上一点，且位移传感器探测方向平行于X轴，固定位移传感器于机架上；

步骤2：开启进给系统，工具头沿导轨方向移动一定距离，记录下工具头移动前后位移传感器的两次测量值之差δ及工具头沿导轨的进给量L；

步骤3：调整Y轴角度微动台，调整量为：

步骤4：调整位移传感器探测方向至平行于Y轴，参照步骤1至步骤3测量出δ值与L值，计算出s值，调整X轴角度微动台。