CN112296112B - 一种超声波伺服压力机装置 - Google Patents

Abstract

一种超声波伺服压力机装置，包括机架（1），其特征在于：所述机架（1）的内腔上部水平固定有上固定板（2），上固定板（2）与下固定板（3）之间垂直设置有多根导向杆（4），导向杆（4）上活动安装有滑动升降板（6），上压板（7）的底部安装有第一超声波振动仪（8），升降下压板（9）的上表面安装有一对超声波振动仪安装支架（28），超声波振动仪安装支架（28）上安装有第二超声波振动仪（11），本发明结构紧凑，利用超声波振动来对工件进行可控化成型，实现了精确的挤压成型，简化了传动结构，保养成本和运行成本很低，生产噪音小，产品的成型质量和成型精度得到了极大提高。

Description

一种超声波伺服压力机装置

技术领域

本发明涉及一种压力机装置，尤其涉及一种超声波伺服压力机装置，属于加工成型设备技术领域。

背景技术

随着科技的不断发展，航空航天国防和高端装备制造等领域的有些部件需要进行高精度的挤压成型，传统的伺服压力机加工方法已不能适应这类零部件的精密加工。传统的伺服压力机会使用到飞轮、离合器等耗能元件，需要润滑保养，电能消耗较大，运行成本较高，而且生产噪音较大，所生产的产品容易产生毛边、毛刺，产品质量不佳。目前利用超声波进行挤压成型也在逐步投入使用，超声振动塑性成形机理的解释主要有：体积效应和表面效应。对于体积效应的解释主要基于位错相关的热致软化，超声波的高能激振促使晶体内部位错迁移和增殖，位错密度增加，微观组织的自我调节能力增强，当晶体内部能量积累到一定程度，就可以脱离约束产生塑性变形。现有的超声波振动塑性成形装置结构简单，利用超声波振动来对工件成型的可控性不佳，无法实现精确的挤压成型，不能实现批量的精密加工。

发明内容

本发明的目的是针对现有的伺服压力机传动机构复杂，需要润滑保养，电能消耗较大，运行成本较高，而且生产噪音较大，产品质量不佳，现有的超声波振动塑性成形装置结构简单，利用超声波振动来对工件成型的可控性不佳，无法实现精确的挤压成型的缺陷和不足，现提供一种结构紧凑，利用超声波振动来对工件进行可控化成型，实现了精确的挤压成型，简化了传动结构，保养成本和运行成本很低，生产噪音小，产品的成型质量和成型精度得到了极大提高的一种超声波伺服压力机装置。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种超声波伺服压力机装置，包括机架，其特征在于：所述机架的内腔上部水平固定有上固定板，机架的内腔下部水平固定有下固定板，上固定板与下固定板之间垂直设置有多根导向杆，导向杆的上端部通过导向杆固定件固定在上固定板上，导向杆的下端部通过导向杆固定件固定在下固定板上，导向杆上活动安装有滑动升降板，滑动升降板与机架或上固定板之间安装有升降装置，滑动升降板的底面上固定有上压板，上压板的底部安装有第一超声波振动仪，导向杆上且位于第一超声波振动仪的下方活动安装有升降下压板，升降下压板与下固定板之间安装有KNPC安装模块，升降下压板的上表面安装有一对超声波振动仪安装支架，超声波振动仪安装支架上安装有第二超声波振动仪，两个超声波振动仪安装支架之间通过增强器安装有振动台，振动台上设置有工件放置位，超声波振动仪安装支架的外侧分别安装有机电换能器，机电换能器通过连接器与振动伺服电机相连接，滑动升降板的上表面垂直设置有感应杆，机架的内侧壁上安装有行程开关支架，感应杆通过行程开关支架与机架的内侧壁相连接支撑，感应杆的上端安装有与上固定板的底面相对应的行程开关。

进一步的，所述升降装置包括伺服电机、减速器、滚珠丝杆、丝杠螺母以及连接法兰，减速器安装在机架上，减速器的输入端与伺服电机的转轴同轴固定，减速器的输出端与滚珠丝杆的上端相连接，滚珠丝杆的下端通过丝杠螺母与连接法兰的上端相连接，连接法兰的下端固定在滑动升降板的上表面。

所述工件装夹装置包括上模具套、下模具、上冲头、水平冲头，下模具通过螺纹安装在振动台上的上表面，下模具的上部外圆表面开设有外螺纹，上模具套的下端内部开设有内螺纹，上模具套通过螺纹连接的方式安装在下模具上。

进一步的，所述下固定板下方的机架内侧壁上安装有传感器支架，传感器支架上安装有线性位移传感器。

进一步的，所述升降下压板的上表面设置有组合感应杆，组合感应杆上设置有光电传感器。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用了可以上下精确移动的滑动升降板和升降下压板，滑动升降板通过升降装置进行精确的升降移动，升降下压板在KNPC安装模块的作用下进行上下升降移动，并采用一系列传感器实现了闭环调节控制。

2、本发明在滑动升降板上安装有第一超声波振动仪，实现对加工工件垂直方向上的超声波振动挤压成型，同时在升降下压板上安装有以第二超声波振动仪为主体的超声波振动挤压成型装置，实现对加工工件水平方向上的超声波振动挤压成型，在成型中能够以每秒几百万次的高频振动使工件迅速成型。

3、本发明结构紧凑，利用超声波振动来对工件进行可控化成型，实现了精确的挤压成型，简化了传动结构，保养成本和运行成本很低，生产噪音小，产品的成型质量和成型精度得到了极大提高。

附图说明

图1是本发明的正面结构示意图。

图2是本发明的立体图。

图3是本发明另一个角度的结构示意图。

图4是本发明超声波振动挤压成型装置的结构示意图。

图5是本发明行程开关的结构示意图。

图6是本发明工件装夹装置安装在振动台上的结构示意图。

图7是本发明工件装夹装置的实施例结构示意图。

图中：机架1，上固定板2，下固定板3，导向杆4，导向杆固定件5，滑动升降板6，上压板7，第一超声波振动仪8，升降下压板9，KNPC安装模块10，第二超声波振动仪11，传感器支架 12，线性位移传感器13，伺服电机14，减速器15，滚珠丝杆16，丝杠螺母17，连接法兰18，感应杆19，行程开关支架20，行程开关21，组合感应杆22，振动伺服电机23，连接器24，机电换能器25，振动台26，增强器27，超声波振动仪安装支架28。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图5，本发明的一种超声波伺服压力机装置，包括机架1，其特征在于：所述机架1的内腔上部水平固定有上固定板2，机架1的内腔下部水平固定有下固定板3，上固定板2与下固定板3之间垂直设置有多根导向杆4，导向杆4的上端部通过导向杆固定件5固定在上固定板2上，导向杆4的下端部通过导向杆固定件5固定在下固定板3上，导向杆4上活动安装有滑动升降板6，滑动升降板6与机架1或上固定板2之间安装有升降装置，滑动升降板6的底面上固定有上压板7，上压板7的底部安装有第一超声波振动仪8，导向杆4上且位于第一超声波振动仪8的下方活动安装有升降下压板9，升降下压板9与下固定板3之间安装有KNPC安装模块10，升降下压板9的上表面安装有一对超声波振动仪安装支架28，超声波振动仪安装支架28上安装有第二超声波振动仪11，两个超声波振动仪安装支架28之间通过增强器27安装有振动台26，振动台26上设置有工件放置位，超声波振动仪安装支架28的外侧分别安装有机电换能器25，机电换能器25通过连接器24与振动伺服电机23相连接，滑动升降板6的上表面垂直设置有感应杆19，机架1的内侧壁上安装有行程开关支架20，感应杆19通过行程开关支架20与机架1的内侧壁相连接支撑，感应杆19的上端安装有与上固定板2的底面相对应的行程开关21。

所述升降装置包括伺服电机14、减速器15、滚珠丝杆16、丝杠螺母17以及连接法兰18，减速器15安装在机架1上，减速器15的输入端与伺服电机14的转轴同轴固定，减速器15的输出端与滚珠丝杆16的上端相连接，滚珠丝杆16的下端通过丝杠螺母17与连接法兰18的上端相连接，连接法兰18的下端固定在滑动升降板6的上表面。

所述工件装夹装置包括上模具套、下模具、上冲头、水平冲头，下模具通过螺纹安装在振动台26上的上表面，下模具的上部外圆表面开设有外螺纹，上模具套的下端内部开设有内螺纹，上模具套通过螺纹连接的方式安装在下模具上。

所述下固定板3下方的机架1内侧壁上安装有传感器支架 12，传感器支架 12上安装有线性位移传感器13。

所述升降下压板9的上表面设置有组合感应杆22，组合感应杆22上设置有光电传感器。

参见图1至图5，本发明机架1采用箱体式机架结构或框架式机架，机架1的内腔上部水平固定有上固定板2，机架1的内腔下部水平固定有下固定板3，上固定板2和下固定板3用于安装固定其它设备。上固定板2与下固定板3之间垂直设置有多根导向杆4，一般为两根或四根，导向杆4的上端部通过导向杆固定件5固定在上固定板2上，导向杆4的下端部通过导向杆固定件5固定在下固定板3上。导向杆4的外表面光滑耐磨，供滑动升降板6和升降下压板9在导向杆4上进行升降滑动。

导向杆4上活动安装有滑动升降板6，滑动升降板6的底面上固定有上压板7，上压板7的底部安装有第一超声波振动仪8，用于实现对加工工件垂直方向上的超声波振动挤压成型。滑动升降板6与机架1或上固定板2之间安装有升降装置，升降装置可以采用多种结构形式，比如丝杠传动结构。升降装置包括伺服电机14、减速器15、滚珠丝杆16、丝杠螺母17以及连接法兰18，减速器15安装在机架1上，减速器15的输入端与伺服电机14的转轴同轴固定，减速器15的输出端与滚珠丝杆16的上端相连接，滚珠丝杆16的下端通过丝杠螺母17与连接法兰18的上端相连接，连接法兰18的下端固定在滑动升降板6的上表面。伺服电机14经过减速器15减速后带动滚珠丝杆16转动，并通过丝杠螺母17带动滑动升降板6、上压板7以及第一超声波振动仪8沿着导向杆4进行上下移动，以调节第一超声波振动仪8所处的高度。

滑动升降板6的上表面垂直设置有感应杆19，机架1的内侧壁上安装有行程开关支架20，感应杆19通过行程开关支架20与机架1的内侧壁相连接支撑，感应杆19的上端安装有与上固定板2的底面相对应的行程开关21。行程开关21用于检测滑动升降板6向下移动时的极限位置，滑动升降板6向下移动到极限位置时，行程开关21会被触发，行程开关21被触发后，伺服电机14立即停止转动，并且编码器读数清零。

导向杆4上且位于第一超声波振动仪8的下方活动安装有升降下压板9，升降下压板9和滑动升降板6的结构相同，也能够沿着导向杆4进行升降滑动。升降下压板9与下固定板3之间安装有KNPC安装模块10，KNPC安装模块10能够带动升降下压板9在一定范围内进行精确移动。升降下压板9的上表面设置有组合感应杆22，组合感应杆22上设置有光电传感器，组合感应杆22用于检测升降下压板9的高度位置。

升降下压板9的上表面安装有超声波振动挤压成型装置，实现对加工工件水平方向上的超声波振动挤压成型，在成型中能够以每秒几百万次的高频振动使工件迅速成型。超声波振动挤压成型装置包括振动伺服电机23、连接器24、机电换能器25、振动台26、增强器27、超声波振动仪安装支架28以及第二超声波振动仪11，一对超声波振动仪安装支架28安装在升降下压板9的上表面，超声波振动仪安装支架28上安装有第二超声波振动仪11，两个超声波振动仪安装支架28之间通过增强器27安装有振动台26，振动台26上设置有工件放置位，超声波振动仪安装支架28的外侧分别安装有机电换能器25，机电换能器25用于将电能转换为机械振动，机电换能器25通过连接器24与振动伺服电机23相连接。强烈的振动通过增强器27与振动台26相连接，增强器27的主要作用是改变机电换能器25产生的机械振动的振幅。

本发明采用了两套超声波振动成型装置，一个用于垂直方向上的超声波振动挤压成型，另一个用于水平方向上的超声波振动挤压成型，两套超声波振动成型装置相对独立的运行，成型过程中相互配合，实现了快速精密成型。与传统伺服压力机成型装置相比，简化了传动结构，保养成本和运行成本很低，生产噪音小，而且所生产的产品没有毛边、毛刺，产品的成型质量和成型精度得到了极大提高。

为了便于将工件夹紧固定在振动台26上，并且配合超声波振动成型装置对工件进行超声波振动挤压成型，本发明在振动台26上安装有工件装夹装置。工件装夹装置用于对工件进行限位，避免工件在振动成型过程中出现偏倚或从振动台26上脱落，同时又要保证超声波振动挤压的能量能够作用于工件上。为此，本发明的工件装夹装置可以采用多种结构形式，其中一种结构形式就是工件装夹装置包括上模具套、下模具、上冲头、水平冲头，下模具通过螺纹安装在振动台26上的上表面，下模具的上部外圆表面开设有外螺纹，上模具套的下端内部开设有内螺纹，上模具套通过螺纹连接的方式安装在下模具上，下模具的上端与上模具套之间放置有工件。上模具套的上端开设有冲头安装孔，冲头安装孔内活动安装有上冲头，上冲头的下端与工件的上表面相接触，第一超声波振动仪8从垂直方向上直接作用于上冲头的上端。上模具套和下模具的水平方向上开设有与工件水平方向端部相对应的安装孔，安装孔内活动安装有水平冲头，水平冲头的内侧端与工件水平方向端部相接触，第二超声波振动仪11从水平方向上直接作用于水平冲头的外端。在成型中能够以每秒几百万次的高频振动使工件迅速成型，实现了垂直方向上和水平方向上的超声波振动挤压成型。

本发明的工作原理及过程如下：首先设定挤压成形所需的目标挤压深度，例如：2毫米，或目标最大挤压力，例如：0.7KN，二者为目标控制值，二选一，同时设定挤压成形速度，例如 0.2m/s，当挤压成形达到目标深度或目标挤压力时停止超声波振动挤压成型。在挤压成型过程中，可以设定当压制力达到某一值，如0.5KN时，滑动升降板6和升降下压板9保持不动，并且保持不动的持续时间可以由用户自行设置。本发明可以参数化任意设定滑块的运动模式，如小幅度上下往复运动、运动速度、频率等参数，软件界面需要提供对应的输入框，用于参数或函数输入。还可以手动模式控制滑动升降板6和升降下压板9的位置和压力值，并且位移和压力值都能在手动操作面板上显示出来。开始自动微挤压成形过程，在成形过程中，动态显示压力值和挤压深度位置 值，并动态绘制压力位移曲线图，当挤压过程达到目标控制值时停止挤压行程，关闭超声系统，然后提升上压头至初始位置。如果需要加热工件，还可以在成型前或成型过程中对工件进行加热。

以上内容是结合具体实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明还会有各种简单替换、改进和变化，所做出的各种简单替换、改进和变化，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种超声波伺服压力机装置，包括机架（1），其特征在于：所述机架（1）的内腔上部水平固定有上固定板（2），机架（1）的内腔下部水平固定有下固定板（3），上固定板（2）与下固定板（3）之间垂直设置有多根导向杆（4），导向杆（4）的上端部通过导向杆固定件（5）固定在上固定板（2）上，导向杆（4）的下端部通过导向杆固定件（5）固定在下固定板（3）上，导向杆（4）上活动安装有滑动升降板（6），滑动升降板（6）与机架（1）或上固定板（2）之间安装有升降装置，滑动升降板（6）的底面上固定有上压板（7），上压板（7）的底部安装有第一超声波振动仪（8），导向杆（4）上且位于第一超声波振动仪（8）的下方活动安装有升降下压板（9），升降下压板（9）与下固定板（3）之间安装有KNPC安装模块（10），升降下压板（9）的上表面安装有一对超声波振动仪安装支架（28），超声波振动仪安装支架（28）上安装有第二超声波振动仪（11），两个超声波振动仪安装支架（28）之间通过增强器（27）安装有振动台（26），振动台（26）上设置有工件放置位，超声波振动仪安装支架（28）的外侧分别安装有机电换能器（25），机电换能器（25）通过连接器（24）与振动伺服电机（23）相连接，滑动升降板（6）的上表面垂直设置有感应杆（19），机架（1）的内侧壁上安装有行程开关支架（20），感应杆（19）通过行程开关支架（20）与机架（1）的内侧壁相连接支撑，感应杆（19）的上端安装有与上固定板（2）的底面相对应的行程开关（21），工件装夹装置包括上模具套、下模具、上冲头、水平冲头，下模具通过螺纹安装在振动台（26）上的上表面，下模具的上部外圆表面开设有外螺纹，上模具套的下端内部开设有内螺纹，上模具套通过螺纹连接的方式安装在下模具上，升降下压板（9）的上表面设置有组合感应杆（22），组合感应杆（22）上设置有光电传感器。

2.根据权利要求1所述的一种超声波伺服压力机装置，其特征在于：所述升降装置包括伺服电机（14）、减速器（15）、滚珠丝杆（16）、丝杠螺母（17）以及连接法兰（18），减速器（15）安装在机架（1）上，减速器（15）的输入端与伺服电机（14）的转轴同轴固定，减速器（15）的输出端与滚珠丝杆（16）的上端相连接，滚珠丝杆（16）的下端通过丝杠螺母（17）与连接法兰（18）的上端相连接，连接法兰（18）的下端固定在滑动升降板（6）的上表面。

3.根据权利要求1所述的一种超声波伺服压力机装置，其特征在于：所述下固定板（3）下方的机架（1）内侧壁上安装有传感器支架 （12），传感器支架 （12）上安装有线性位移传感器（13）。

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