CN110216301B - 一种复频数控超声加工方法及辅助装置和加工钻床 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数控超声加工相关技术领域，具体是一种复频数控超声加工方法及辅助装置、加工钻床。加工方法：在刀具进入工件表面或离开工件表面时，利用夹持装置将自由质量块夹紧；在刀具加工工件内部时，松开夹持装置以使自由质量块自由振动。辅助装置：用以实现上述加工方法，包括两个夹爪组件，每个夹爪组件皆包括套装在转轴上的齿轮、第一连杆、第二连杆及爪瓣，所述爪瓣的一端设置为夹持部，两个夹爪组件的齿轮分别套在两根转轴上且相互啮合，两个齿轮啮合传动带动两个爪瓣的夹持部相互靠近以夹紧自由质量块或相互远离以松开自由质量块。加工钻床：安装有上述辅助装置，不但能够提高加工效率，还能消除崩边现象，提高表面质量。
Description
技术领域
本发明涉及数控超声加工相关技术领域，具体是一种复频数控超声加工方法及辅助装置、加工钻床。
背景技术
数控超声加工是将超声加工技术应用到数控机床上，使得刀具相对工件作不规则运动，使工件精度得以进一步提高。现有为了提高超声加工的效率，采用了自由质量块，在加工过程中使之自由振动，从而在高频率（20KHZ）的加工基础上引入了一个低频率大振幅（4KHZ左右）的振动，形成复频超声加工，产生频率耦合进而提高加工效率。例如，图1所示为复频数控超声深孔加工的装置，包括工作台，工作台设有X向进给机构和Y向进给机构，工作台的上表面固定有超声换能器，超声换能器连接有超声发生器，超声换能器的上表面螺栓固定有变幅杆，变幅杆的上表面螺纹拧装有钻杆，钻杆的下部分设有直径较小的阶梯轴用以间隙套装自由质量块，钻杆的顶端设有钻头；还包括设置在机床的Z向进给机构上的加工台，待加工件装夹在所述加工台上，钻头穿过加工台对待加工件由下向上进行钻孔加工。但是，因为硬脆材料的加工机理导致在钻头进入工件表面时为疲劳裂纹的扩展，材料掉落；而钻头出加工工件表面时为宏观的受力变形导致崩碎。所以，复频超声数控加工过程中，刀具出入加工材料表面时会出现崩边现象，从而大大降低了超声加工的表面质量，无法适应现阶段的加工需求。
发明内容
本发明旨在解决现有复频数控超声加工机床在刀具出入工件表面时易出现崩边现象，导致表面质量差的技术问题。为此，本发明提出一种复频数控超声加工方法及辅助装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种复频数控超声加工方法，在刀具进入工件表面或离开工件表面时，利用夹持装置将自由质量块夹紧，去除所耦合的低频大振幅的振动，从而实现单一频率的加工，提高加工质量，解决崩边问题；在刀具加工工件内部时，松开夹持装置以使自由质量块自由振动，耦合一个低频率大振幅的振动从而提高加工效率。
一种用以实现上述方法的辅助装置，包括相对机床固定设置的支撑架，所述支撑架竖直布置且其上固定有水平设置的安装板，所述安装板上竖直安装有两根转轴且其中一根转轴被驱动旋转；还包括两个对称且相对设置的夹爪组件，每个夹爪组件皆包括过盈套装在转轴上的齿轮，所述齿轮固连或一体成型有第一连杆，所述第一连杆铰接有长条状的爪瓣，所述爪瓣的一端设置为用以夹持自由质量块的夹持部，夹爪组件还包括第二连杆，所述第二连杆的一端铰接在安装板上、另一端铰接在爪瓣上，且第二连杆与第一连杆平行；两个夹爪组件的齿轮分别套在两根转轴上且相互啮合，两个齿轮啮合传动带动两个爪瓣的夹持部相互靠近以夹紧自由质量块或相互远离以松开自由质量块。
一种复频数控超声加工机床，包括工作台，工作台设有X向进给机构和Y向进给机构，工作台的上表面固定有超声换能器，超声换能器连接有超声发生器，超声换能器的上表面螺栓固定有变幅杆，变幅杆的上表面螺纹拧装有竖直布置的钻杆，钻杆的下部分设有直径较小的阶梯轴用以间隙套装自由质量块，钻杆的顶端设有钻头；还包括设置在机床的Z向进给机构上的加工台，待加工件装夹在所述加工台上，钻头穿过加工台对待加工件由下向上进行钻孔加工；还包括上述的辅助装置。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种复频数控超声加工方法，在刀具进入工件表面或离开工件表面时，利用夹持装置将自由质量块夹紧，去除所耦合的低频大振幅的振动，从而实现单一频率的加工，提高加工质量，解决崩边问题；在刀具加工工件内部时，松开夹持装置以使自由质量块自由振动，耦合一个低频率大振幅的振动从而提高加工效率；还提供一种辅助装置，包括两组对称且相对设置的夹爪组件，夹爪组件包括爪瓣、齿轮及连杆，通过齿轮的转动带动爪瓣相互靠近以夹紧自由质量块或相互远离以松开自由质量块，整个结构简单可靠，成本较低；还提供一种加工钻床，设置有上述辅助装置，在超声数控钻孔时，不但能够利用自由质量块提高加工效率，还能消除钻头出入工件表面时的崩边现象，提高表面质量。
附图说明
图1是本发明的超声加工装置（不含机床）的结构主视图；
图2是本发明的超声加工装置（不含支撑架）的结构俯视图。
具体实施方式
本发明的一种复频数控超声加工方法，在刀具进入工件表面或离开工件表面时，利用夹持装置将自由质量块12夹紧，去除所耦合的低频大振幅的振动，从而实现单一频率的加工，提高加工质量，解决崩边问题；在刀具加工工件内部时，松开夹持装置以使自由质量块12自由振动，耦合一个低频率大振幅的振动从而提高加工效率。这里的夹持装置可以是夹爪气缸等常见的机械结构，只要能满足对自由质量块12的夹紧和松开即可。
参照图1至图2，本发明还提供一种用以实现上述复频数控超声加工方法的辅助装置，包括相对机床固定设置的支撑架1，所述支撑架1竖直布置且其上固定有水平设置的安装板2，所述安装板2上竖直安装有两根转轴3且其中一根转轴3被驱动旋转；还包括两个对称且相对设置的夹爪组件，每个夹爪组件皆包括过盈套装在转轴3上的齿轮4，所述齿轮4固连或一体成型有第一连杆5，所述第一连杆5铰接有长条状的爪瓣6，所述爪瓣6的一端设置为用以夹持自由质量块12的夹持部61，夹爪组件还包括第二连杆7，所述第二连杆7的一端铰接在安装板2上、另一端铰接在爪瓣6上，且第二连杆7与第一连杆5平行；两个夹爪组件的齿轮4分别套在两根转轴3上且相互啮合，两个齿轮4啮合传动带动两个爪瓣6的夹持部61相互靠近以夹紧自由质量块12或相互远离以松开自由质量块12。使用时，一个转轴3被驱动带动套装在其上的齿轮4旋转，另一个齿轮4通过啮合传动也同步转动，由于两个夹爪组件相对设置，所以两个爪瓣6会相互靠近或相互远离，相互靠近时夹紧自由质量块12，相互远离时松开自由质量块12。这里齿轮4的驱动采用机械领域常用的旋转驱动机构即可，如电机、旋转气缸等。这里整个夹爪组件的动作控制，即旋转驱动机构的动作控制，采用手动或自动皆可，优选采用自动控制。
作为齿轮4的一种优选结构，所述齿轮4与第一连杆5一体成型，所述齿轮4的周向一半设置有轮齿，所述第一连杆5位于所述齿轮4的周向另一半。结构可靠，且降低了结构成本。
作为连杆的一种一种优选连接结构，所述第一连杆5的远离齿轮4的一端铰接在所述爪瓣6的另一端，所述第二连杆7的另一端铰接在所述爪瓣6的中部。利用四边形的不稳定性实现爪瓣6的动作，整个结构紧凑，没有多余的部件，传动性能可靠。
为实现自由质量块12装夹的紧固、可靠，所述夹持部61为位于爪瓣6一端的折弯部，且折弯角为钝角，两个爪瓣6的相对面皆设置有锯齿。
优选的，其中一个转轴3连接有驱动其转动的舵机，所述舵机与机床的数控系统电连接，数控系统控制所述舵机动作以在刀具进入工件表面或离开工件表面时夹紧自由质量块12、在刀具加工工件内部时松开自由质量块12。大大提高了爪瓣6动作时间与机床自身工作的衔接稳定性，也提高了加工效率，节省了人力。
参照图1至图2，本发明还提供一种复频数控超声加工钻床，包括工作台，工作台设有X向进给机构和Y向进给机构，工作台的上表面固定有超声换能器8，超声换能器8连接有超声发生器，超声换能器8的上表面螺栓固定有变幅杆9，变幅杆9的上表面螺纹拧装有竖直布置的钻杆10，钻杆10的下部分设有直径较小的阶梯轴用以间隙套装自由质量块12，钻杆10的顶端设有钻头11；还包括设置在机床的Z向进给机构上的加工台，待加工件装夹在所述加工台上，钻头11穿过加工台对待加工件由下向上进行钻孔加工；还包括上述的辅助装置。加工时，在钻头11进出工件表面时，利用所述辅助装置将自由质量块12夹紧；在钻头11加工工件内部时，松开自由质量块12，让其自由振动。
作为支撑架1的一种优选结构，所述支撑架1为由一根水平角钢和两根竖直角钢固连形成的H状结构，超声换能器8的上表面固定有平板，平板上固定有两个一面与平板贴合的连接角钢，两根竖直角钢的下端部通过螺栓固定在连接角钢的另一面。
以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种复频数控超声加工方法，其特征在于：在刀具进入工件表面或离开工件表面时，利用夹持装置将自由质量块（12）夹紧；在刀具加工工件内部时，松开夹持装置以使自由质量块（12）自由振动。
2.一种用以实现权利要求1所述的复频数控超声加工方法的辅助装置，其特征在于：包括相对机床固定设置的支撑架（1），所述支撑架（1）竖直布置且其上固定有水平设置的安装板（2），所述安装板（2）上竖直安装有两根转轴（3）且其中一根转轴（3）被驱动旋转；还包括两个对称且相对设置的夹爪组件，每个夹爪组件皆包括过盈套装在转轴（3）上的齿轮（4），所述齿轮（4）固连或一体成型有第一连杆（5），所述第一连杆（5）铰接有长条状的爪瓣（6），所述爪瓣（6）的一端设置为用以夹持自由质量块（12）的夹持部（61），夹爪组件还包括第二连杆（7），所述第二连杆（7）的一端铰接在安装板（2）上、另一端铰接在爪瓣（6）上，且第二连杆（7）与第一连杆（5）平行；两个夹爪组件的齿轮（4）分别套在两根转轴（3）上且相互啮合，两个齿轮（4）啮合传动带动两个爪瓣（6）的夹持部（61）相互靠近以夹紧自由质量块（12）或相互远离以松开自由质量块（12）。
3.根据权利要求2所述的辅助装置，其特征在于：所述齿轮（4）与第一连杆（5）一体成型，所述齿轮（4）的周向一半设置有轮齿，所述第一连杆（5）位于所述齿轮（4）的周向另一半。
4.根据权利要求3所述的辅助装置，其特征在于：所述第一连杆（5）的远离齿轮（4）的一端铰接在所述爪瓣（6）的另一端，所述第二连杆（7）的另一端铰接在所述爪瓣（6）的中部。
5.根据权利要求4所述的辅助装置，其特征在于：所述夹持部（61）为位于爪瓣（6）一端的折弯部，且折弯角为钝角，两个爪瓣（6）的相对面皆设置有锯齿。
6.根据权利要求5所述的辅助装置，其特征在于：其中一个转轴（3）连接有驱动其转动的舵机，所述舵机与机床的数控系统电连接，数控系统控制所述舵机动作以在刀具进入工件表面或离开工件表面时夹紧自由质量块（12）、在刀具加工工件内部时松开自由质量块（12）。
7.一种复频数控超声加工钻床，包括工作台，工作台设有X向进给机构和Y向进给机构，工作台的上表面固定有超声换能器（8），超声换能器（8）连接有超声发生器，超声换能器（8）的上表面螺栓固定有变幅杆（9），变幅杆（9）的上表面螺纹拧装有竖直布置的钻杆（10），钻杆（10）的下部分设有直径较小的阶梯轴用以间隙套装自由质量块（12），钻杆（10）的顶端设有钻头（11）；还包括设置在机床的Z向进给机构上的加工台，待加工件装夹在所述加工台上，钻头（11）穿过加工台对待加工件由下向上进行钻孔加工，其特征在于：还包括如权利要求2-6任一项所述的辅助装置，所述支撑架（1）为由一根水平角钢和两根竖直角钢固连形成的H状结构，超声换能器（8）的上表面固定有平板，平板上固定有两个一面与平板贴合的连接角钢，两根竖直角钢的下端部通过螺栓固定在连接角钢的另一面。
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