CN111036758A - R-l纵弯复合振动异形孔冲削系统 - Google Patents

R-l纵弯复合振动异形孔冲削系统 Download PDF

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谢京良
吴圣红
郝兴安
王川
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黄海辉
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钟杰
李子毅
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Abstract

本发明公开了一种R‑L纵弯复合振动异形孔冲削系统。所述的R‑L纵弯复合振动异形孔冲削系统,通过设置一个R‑L复合振动盘与一个纵弯复合振动变幅杆,振动盘外圈设有多个振动换能器,换能器通过高频电源驱动产生振动;通过R‑L复合振动盘聚集多个换能器的振动能量并转化为纵向振动,通过纵弯振动变幅杆对纵向振动振幅放大并将纵向振动转化为纵弯复合振动,并驱动工具头将复合振动作用在工件上;同时结合机床平台自身的进给运动,从而实现对异形孔的快速成型。由于高频换能器振动可达到很高的频率,因此能够有效的提高异形孔成型效率。同时通过机电控制,使本发明所述R‑L纵弯复合振动异形孔冲削系统的主要装置能在无主轴旋转的前提下产生绕轴心旋转的纵弯交变振动,可将截面形状复杂的冲削工具头沿机床进给方向向工件内部正常推进,进一步提高了加工效率,降低了复杂异形孔的加工难度。因此本发明所述R‑L纵弯复合振动异形孔冲削系统的结构较传统异形孔旋转冲削成型装置有大幅度简化,适应性更强,进一步降低了成本。

Description

R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统
技术领域
本发明涉及一种机械加工技术,具体地涉及一种异形孔洞成型工具系统。
背景技术
随着制造技术的发展,制造行业对各类带异形通孔、盲孔零件的使用和需求量大大增加。目前加工复杂异形孔的方法主要有:插削、旋转冲削、电火花加工、电解加工等。但是,插削加工效率低下,毛刺较多,且无法实现各种复杂异形盲孔的一次成型;旋转冲削加工必须在带有旋转主轴的机床上进行,且对非专用机床的主轴损害较大,在加工非标异形孔时,往往需要针对特定的孔使用专门设计的联动工具头,成本较高;电火花加工效率较低,且工具电极损耗较快,不适合大批量生产;电解加工异形孔时会产生难以避免的锥度,获得的内孔表面成型质量也很难进一步提高,且电解加工前后过程中会产生大量加工废液,环境污染较大。现存在的这些问题有待于改进。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题,设计合理、经济性好、加工效率高、成型质量好且能在多种机床平台上进行较复杂异形孔加工的工具系统。
本发明实现上述目的所采用的技术方案为:R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,包括工具头、主工作轴、R-L复合振动盘、安装法兰盘、工具头夹具、换能器组、纵弯振动变幅杆、尾部螺栓、后配重块、后配重块锁紧螺母、振动导向槽、换能器引线、电源箱、控制主机、振动信号采集系器。
所述主工作轴中部设有所述R-L复合振动盘,前部设有所述纵弯振动变幅杆,后部设有所述尾部螺栓;所述主工作轴与所述R-L复合振动盘、纵弯振动变幅杆、尾部螺栓为一体加工成型且同轴心。
所述R-L复合振动盘关于自身质心旋转对称且沿振动盘圆周方向设有环绕其轴心线均匀交错分布的两组换能器安装面,其中一组安装面倾斜向下,另一组安装面倾斜向上;所述安装面上设有螺纹安装孔。
所述换能器组,分两组交错安装在所述R-L复合振动盘外侧的各安装面上,每组换能器均关于所述主工作轴的轴心线均匀对称分布。
作为优选:所述换能器组全部采用夹心式压电陶瓷换能器。
作为优选:换能器与安装面之间采用螺纹紧固连接,并涂抹树脂粘合剂防松。
所述纵弯振动变幅杆前部设有所述工具头夹具;所述工具头紧固安装在工具头夹具中。
所述纵弯振动变幅杆中部设有多条环绕其轴心线对称的振动导向槽。
所述后配重块形状为在轴心设有安装通孔的几何回转体,通过所述尾部螺栓配合所述后配重块锁紧螺母固定在所述主工作轴后。
所述安装法兰盘,均安装在所述主工作轴中段且与主工作轴同轴心,一个安装在所述R-L复合振动盘前方,靠近所述纵弯振动变幅杆后端,另一个安装在所述R-L复合振动盘后方。
所述换能器组,每个换能器均通过一组独立导线分别接入电源箱内的高频脉冲发生电源的输出端口;所述电源箱内各电源端口输出的通断、脉冲强度等参数受所述控制主机实时控制。
进一步的,所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,还包括振动信号采集器,所述控制主机接收并处理振动信号采集器输出的信号。
作为优选,所述控制主机采用带上位机算法控制功能的工控机,并设有可与大部分机床数控系统通信的接口。
进一步的,所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,还包括导线收纳套管,所述换能器组导线均布置在导线收纳套管内。
进一步的,所述安装法兰盘上环绕轴心线设有多个安装孔或安装缺口,可安装在不同的机床平台上。
进一步的,所述振动导向槽内设有多条沿轴向分布的横向异形槽。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,通过所述R-L复合振动盘聚集多个换能器的振动能量并将其转化为纵向振动,并通过所述纵弯振动变幅杆放大纵向振动振幅并将纵向振动转化为纵弯复合振动;通过所述工具头将纵弯复合振动作用在工件上,并结合机床进给运动,从而实现对复杂异形孔的冲削成型。由于所述换能器组可达到很高的振动频率,因此能够有效的提高异形孔成型效率;同时,通过电路控制,使本发明所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统的主要装置能在无主轴旋转的前提下产生绕轴心旋转的纵弯交变振动,进一步提高了加工效率,大大降低了复杂异形孔加工难度。因此,相比传统旋转冲削异形孔成型装置,本发明在结构上有大幅度的简化,通用性大幅度提高,可在无旋转主轴的机床上安装使用,适应面广,成型质量好,成本进一步降低。
附图说明
图1为本发明主体结构正示图;
图2为本发明主体结构斜二等轴测图;
图3为本发明关键零部件局部放大示意图;
图4为本发明所述换能器组6中单个换能器典型结构示意图;
图5为本发明实施例中电路控制原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参见图1、图2、图3、图4和图5,本发明所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,包括工具头1、主工作轴2、R-L复合振动盘3、安装法兰盘4、工具头夹具5、换能器组6、纵弯振动变幅杆7、尾部螺栓8、后配重块9、后配重块锁紧螺母10、振动导向槽11、换能器引线12、电源箱13、控制主机14、振动信号采集系器15。
所述主工作轴2关于轴心线对称且中部设有所述R-L复合振动盘3,前部设有所述纵弯振动变幅杆7,后部设有所述尾部螺栓8;所述主工作轴2与所述R-L复合振动盘3、纵弯振动变幅杆7、尾部螺栓8为一体加工成型且轴心线重合。
所述纵弯振动变幅杆7为多段棒状结构且中部设有多条环绕其轴心线对称的振动导向槽11;所述工具头夹具5安装在所述纵弯振动变幅杆7前部;所述工具头1夹持安装在工具头夹具5中。
所述R-L复合振动盘3关于自身轴心线旋转对称且外侧沿圆周方向设有两组均匀交错分布的换能器安装面31,其中一组倾斜向下,另一组倾斜向上;所述换能器安装面31上设有螺纹安装孔32,可通过双头螺栓与夹心式换能器中心的螺纹孔结合。
所述换能器组6,分两组交错安装在所述R-L复合振动盘3外侧的换能器安装面31上,每个换能器组6均关于所述主工作轴2的轴心线均匀对称分布。
所述安装法兰盘4均安装在所述主工作轴2中段振动节附近且与主工作轴2同轴心,一个安装在所述R-L复合振动盘3前方,靠近所述纵弯振动变幅杆7后端,另一个安装在所述R-L复合振动盘3后方。
所述换能器组6,每个换能器均通过一组独立换能器引线12分别接入电源箱13内的高频电源13-1的输出端口;所述电源箱13内各电源端口输出的通断、脉冲强度等参数受所述控制主机14实时控制。
所述后配重块9形状为在轴心设有安装通孔的几何回转体,通过所述尾部螺栓8配合所述后配重块锁紧螺母10固定在所述主工作轴2后端。
工作过程中:
(1)换能器组6受电源箱13释放的高频电脉冲激励发生振动,使R-L复合振动盘3发生随换能器组6发生R-径向收缩谐振;同时,在内应力的驱使下,R-L复合振动盘3将R-径向收缩振动转化为R-L耦合振动,从而使换能器组6的振动能量在轴向(L方向)上大功率叠加,并使主工作轴2和纵弯振动变幅杆7与其发生轴向共振(L振动);
(2)所述纵弯振动变幅杆7在放大L振动振幅的同时,在纵弯振动变幅杆7的固有振动特性和所述振动导向槽11的共同作用下,将一部分L振动能量转化为弯曲振动,发生纵弯复合振动;
(3)通过控制主机14控制高频电源脉冲在换能器组内部的分配与协调,使R-径向收缩振动在R-L复合振动盘3圆周方向上的强度分布发生周期性的变化,从而使纵弯振动变幅杆7通过共振获得的L方向振动能量中心在其截面内部发生周期性偏移,从而使弯曲振动的方向发生周期性改变,产生纵弯复合交变振动。该纵弯复合交变振动经高硬度工具头作用在工件上时,同时结合机床平台自身的进给运动,使待加工的异形孔的快速成型;
(4)由于高频率纵弯复合交变振动的作用,在使异形孔洞在加工进给方向上快速成型的同时,已加工表面获得精确的冷作硬化,表面压应力分布均匀,成型质量极好。
综上所述,本发明所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,通过R-L复合振动盘3聚集换能器组6的振动能量并转化为纵向振动,通过纵弯振动变幅杆7放大纵向振动振幅并将纵向振动转化为纵弯复合振动,并驱动工具头将复合振动作用在工件上,由于高频换能器振动可达到很高的频率,因此能够有效的提高异形孔成型效率;同时,通过机电控制,使本发明所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统在无主轴旋转的条件下即可产生纵弯复合交变振动,可将截面形状复杂的冲削工具头沿机床进给方向向工件内部正常推进。因此本发明所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统的结构较传统异形孔旋转冲削成型装置有大幅度简化,并且没有对机床旋转主轴的要求,适应性更强,进一步降低了成本。
为进一步提高R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统能量转换效率、降低成本和减轻结构重量,优选的,所述换能器组全部采用夹心式压电陶瓷换能器。
为提高R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统维护性,优选的,换能器与安装面之间采用螺纹紧固连接,并涂抹树脂粘合剂防松。
为降低主工作轴2后段与纵弯振动变幅杆7非对称谐振造成的能量耗散,同时减少安装法兰盘4的发热以利于系统连续工作,进一步的,可通过叠加或更换所述后配重块9调节主工作轴2后部质量。
为降低R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统与机床平台连接处的能量耗散,增强对机床平台的适应能力,进一步的,所述安装法兰盘4上围绕轴心线对称设有多个可选择的安装孔或安装缺口,方便安装在不同的机床平台上安装。
为提高纵弯振动转化效率,优化纵弯振动耦合特性,进一步的,所述振动导向槽11内设有多条沿轴向分布的横向异形槽11-1。
为降低加工噪声,提高加工效率、精度和成型质量,优选的,所述高频电源13-1为高频超声波电源。
为提高加工效率、精度和成型质量,进一步的,所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,还包括振动信号采集系器15,所述控制主机14接收并处理振动信号采集器15输出的信号。
为减少振动反馈控制滞后造成的不利影响,优选的,所述控制主机14采用带上位机算法控制功能的工控机,并设有可与部分机床数控系统通信的接口14-1。
为保护多组换能器引线12,避免换能器引线12对机床平台进给运动的干扰,进一步的,所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,还包括导线收纳套管12-1,所述换能器组导线均布置在导线收纳套管12-1内。

Claims (9)

1.一种R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其特征在于:包括工具头、主工作轴、R-L复合振动盘、安装法兰盘、工具头夹具、换能器组、纵弯振动变幅杆、尾部螺栓、后配重块、后配重块锁紧螺母、振动导向槽、换能器引线、电源箱、控制主机、振动信号采集系器;
所述主工作轴关于轴心线旋转对称且中部设有所述R-L复合振动盘,前部设有所述纵弯振动变幅杆,后部设有所述尾部螺栓;所述纵弯振动变幅杆为杆状结构且中部设有多条环绕其轴心线均匀分布的振动导向槽;所述工具头夹具设在所述纵弯振动变幅杆前部;所述工具头夹持安装在工具头夹具中;所述R-L复合振动盘关于自身轴心线旋转对称且外侧沿圆周方向设有两组均匀交错分布的换能器安装面,其中一组倾斜向下,另一组倾斜向上;所述换能器安装面上设有螺纹安装孔,可通过双头螺栓与夹心式换能器中心的螺纹孔结合;所述换能器组,分两组交错安装在所述R-L复合振动盘外侧的换能器安装面上;所述安装法兰盘均设在所述主工作轴中段振动节附近,一个安装在所述R-L复合振动盘前方,靠近所述纵弯振动变幅杆后端,另一个安装在所述R-L复合振动盘后方。
2.如权利要求1所述的R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其特征在于:所述后配重块通过所述尾部螺栓配合所述后配重块锁紧螺母固定在所述主工作轴后端。
3.如权利要求1所述的R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其特征在于:所述振动导向槽内设有多条沿轴向分布的横向异形槽。
4.如权利要求1所述的R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其特征在于:所述换能器组,每个换能器均通过一组独立换能器引线分别接入电源箱内的高频电源的输出端口;所述电源箱内各电源端口输出的通断、脉冲强度等参数受所述控制主机实时控制。
5.如权利要求4所述的R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其特征在于:还包括导线收纳套管,所述换能器引线均布置在导线收纳套管内。
6.如权利要求4所述的R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其特征在于:所述控制主机设有可与主流机床数控系统或其它上位机通信的接口。
7.如权利要求1所述的R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其特征在于:还包括振动信号采集系器,所述控制主机接收并处理振动信号采集器输出的信号。
8.一种异形孔冲削成型方法,其特征在于:使用所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统进行冲削加工。
9.根据权利要求8所述的异形孔冲削成型方法,其特征在于:所述R-L纵弯复合振动异形孔冲削系统,其主要装置通过自身法兰盘安装在多种机床平台或液压机的进给机构上,该主要装置上设有所述R-L复合振动盘和所述纵弯振动变幅杆两种复合谐振结构,所述纵弯振动变幅杆前端安装有加工工具头,通过聚集并转化来自多个换能器产生的振动能量,并将最终转化获得的纵弯复合振动能量通过加工工具头作用在工件上,提供冲削加工动力;通过电路控制对每个换能器所获得的电能进行实时的分配与协调,使所述纵弯复合振动的方向和作用位置发生周期性的变化,提高冲削效率;通过配合机床平台的进给运动,实现对目标工件上异形孔的快速冲削成型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115365103A (zh) * 2022-08-26 2022-11-22 广东利元亨智能装备股份有限公司 一种超声波振动辅助焊接装置及焊接设备

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