CN112620747A - 一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，包括机器人螺旋铣孔执行器及刀具；还包括构成辅助断屑装置的固定组件与旋转组件；所述固定组件连接于机器人螺旋铣孔执行器，其包括原边线圈组件、用于安装原边线圈组件的第一安装座、及用于向旋转部件供给电能的超声电源；所述旋转组件包括副边线圈组件、用于安装副边线圈组件的第二安装座、高频超声振子、用于装夹刀具的夹紧组件，刀具随机器人螺旋铣孔执行器进行螺旋切削的同时，旋转组件使刀具产生相对工件的轴向振动。本发明将超声振动与螺旋铣孔两种技术相结合，利用高频超声振子诱发刀具产生轴向振动，从而改善底刃断屑效果。

Description

一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置
技术领域
本发明涉及机器人自动制孔技术领域，尤其涉及一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置。
背景技术
机器人化螺旋制孔系统集螺旋铣孔和机器人的技术优势于一身，成为了当前世界航空制造业的一个研究热点。由于难切削的航空构件具有显著的尺寸大、体积大、重量重等特点，这些对机器人化螺旋制孔系统更加期待加工全程自动化。作为切削过程的一个必然产物，切屑能否被自动排除将是一个尤为关键的问题。
从螺旋铣孔的加工机理来看，刀具侧刃为断续铣削，切出短型切屑；而其底刃为连续铣削，必然会切出长型切屑。螺旋制孔时，由于被切除的材料主要由刀具底刃完成，显然长型切屑仍是阻碍机器人自动制孔的一个重要因素，特别是对高强韧材料的制孔。经检索发现，部分现役螺旋铣孔执行器已采取了吸屑措施，而有关断屑的研究却鲜有报道。要实现机器人化螺旋制孔系统对高强韧材料进行高效精密加工，有必要解决上述的自动排屑问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，将超声振动与螺旋铣孔两种技术相结合，利用高频超声振子诱发刀具产生轴向振动，从而改善底刃断屑效果，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，包括机器人螺旋铣孔执行器及刀具；还包括构成辅助断屑装置的固定组件与旋转组件；所述固定组件连接于机器人螺旋铣孔执行器，其包括原边线圈组件、用于安装原边线圈组件的第一安装座、及用于向旋转部件供给电能的超声电源；所述旋转组件包括副边线圈组件、用于安装副边线圈组件的第二安装座、高频超声振子、用于装夹刀具的夹紧组件，刀具随机器人螺旋铣孔执行器进行螺旋切削的同时，旋转组件使刀具产生相对工件的轴向振动。
本发明的进一步改进方案是，所述第一安装座通过紧固螺栓A固定于机器人螺旋铣孔执行器动力输出端面的自转法兰上；所述旋转组件位于固定组件远离机器人螺旋铣孔执行器的一端，且旋转组件与机器人螺旋铣孔执行器动力输出端面的自转输出轴同轴固连；所述固定组件与旋转组件之间还设有调整垫片。
本发明的进一步改进方案是，所述第一安装座呈“T”字型筒状结构，且与机器人螺旋铣孔执行器的自转输出轴同心套装，第一安装座伸出端面上开设有上环形凹槽，原边线圈组件安装于上环形凹槽内，原边线圈组件包括原边线圈和原边磁芯。
本发明的进一步改进方案是，所述第二安装座呈“T”字型筒状结构，其粗端底板中心孔经周向的键和轴向的紧固螺栓B连接自转输出轴伸出端，高频超声振子安装于第二安装座细端中心孔内；所述第二安装座粗端侧面上开设有下环形凹槽，副边线圈组件安装于下环形凹槽内，副边线圈组件包括副边线圈和副边磁芯。
本发明的进一步改进方案是，所述固定组件与旋转组件均同轴地套装在机器人螺旋铣孔执行器自转输出轴上；所述上环形凹槽与下环形凹槽上下对应且结构参数相同。
本发明的进一步改进方案是，所述原边磁芯与副边磁芯均呈筒状且结构参数相同，且原边线圈与副边线圈具组数相同。
本发明的进一步改进方案是，所述原边线圈经第一安装座侧壁孔与超声电源电性相连；所述副边线圈经第二安装座顶部槽和竖置孔与高频超声振子电性相连。
本发明的进一步改进方案是，所述高频超声振子包括“十”字型的变幅杆，变幅杆水平法兰通过紧固螺母a固接在第二安装座下端的中心孔内；所述变幅杆竖置上伸轴上依次套装有压电陶瓷和电极片，尾部采用紧固螺母b并紧；所述变幅杆竖置下伸轴下端设有一个锥型组合孔和一段外圆螺纹，夹紧组件安装于锥型组合孔内。
本发明的进一步改进方案是，所述变幅杆竖置上套装的压电陶瓷和电极片共有四组，副边线圈的正负极分别连接正负电极片。
本发明的进一步改进方案是，所述夹紧组件包括锥型弹簧夹头和紧固螺母c；所述锥型弹簧夹头安装在变幅杆下端的锥型组合孔内，紧固螺母c与变幅杆下端外圆螺纹连接，锥型弹簧夹头夹紧刀具。
本发明的有益效果：
第一、本发明的机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，通过将超声振动与螺旋铣孔两种技术相结合，利用高频超声振子诱发刀具产生轴向振动，从而改善底刃断屑效果，有助解决机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的自动排屑问题，实现机器人螺旋铣削的高效无损制孔。
第二、本发明的机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，本发明通过旋转非接触式电能传输的方法为高频超声振子提供电能，并将原/副边线圈组件同时安装在机器人螺旋铣孔执行器动力输出端面上，方便了与现役机器人化螺旋铣孔系统的集成使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明辅助断屑装置的剖视图。
图3为图2中的局部放大图。
图4为本发明的工作示意图。
图中：1-辅助断屑装置、11-固定组件、111-原边线圈、112-原边磁芯、113-第一安装座、114-超声电源、12-旋转组件、121-副边线圈、122-副边磁芯、123-第二安装座、124-高频超声振子、1241-变幅杆、1242-压电陶瓷、1243-电极片、1244-紧固螺母b、1245-紧固螺母a、125-夹紧组件、1251-锥形弹簧夹头、1252-紧固螺母c、126-紧箍螺栓B、13-垫片、2-机器人螺旋铣孔执行器、21-自转输出轴、3-紧箍螺栓A、4-刀具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1：如图1～3所示，一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，包括机器人螺旋铣孔执行器2及刀具4；还包括构成辅助断屑装置1的固定组件11与旋转组件12；所述固定组件11连接于机器人螺旋铣孔执行器2，其包括原边线圈111组件、用于安装原边线圈111组件的第一安装座113、及用于向旋转部件供给电能的超声电源114；所述旋转组件12包括副边线圈121组件、用于安装副边线圈121组件的第二安装座123、高频超声振子124、用于装夹刀具4的夹紧组件125，刀具4随机器人螺旋铣孔执行器2进行螺旋切削的同时，旋转组件12使刀具4产生相对工件的轴向振动。
其中，所述第一安装座113通过紧固螺栓A3固定于机器人螺旋铣孔执行器2动力输出端面的自转法兰上；所述旋转组件12位于固定组件11远离机器人螺旋铣孔执行器2的一端，且旋转组件12与机器人螺旋铣孔执行器2动力输出端面的自转输出轴21同轴固连；所述固定组件11与旋转组件12之间还设有调整垫片13。
其中，所述第一安装座113呈“T”字型筒状结构，且与机器人螺旋铣孔执行器2的自转输出轴21同心套装，第一安装座113伸出端面上开设有上环形凹槽，原边线圈111组件安装于上环形凹槽内，原边线圈111组件包括原边线圈111和原边磁芯112。
其中，所述第二安装座123呈“T”字型筒状结构，其粗端底板中心孔经周向的键和轴向的紧固螺栓B126连接自转输出轴21伸出端，高频超声振子124安装于第二安装座123细端中心孔内；所述第二安装座123粗端侧面上开设有下环形凹槽，副边线圈121组件安装于下环形凹槽内，副边线圈121组件包括副边线圈121和副边磁芯122。
其中，所述固定组件11与旋转组件12均同轴地套装在机器人螺旋铣孔执行器2自转输出轴21上；所述上环形凹槽与下环形凹槽上下对应且结构参数相同。
其中，所述原边磁芯112与副边磁芯122均呈筒状且结构参数相同，且原边线圈111与副边线圈121具组数相同。
其中，所述原边线圈111经第一安装座113侧壁孔与超声电源114电性相连；所述副边线圈121经第二安装座123顶部槽和竖置孔与高频超声振子124电性相连。
其中，所述高频超声振子124包括“十”字型的变幅杆1241，变幅杆1241水平法兰通过紧固螺母a1245固接在第二安装座123下端的中心孔内；所述变幅杆1241竖置上伸轴上依次套装有压电陶瓷1242和电极片1243，尾部采用紧固螺母b1244并紧；所述变幅杆1241竖置下伸轴下端设有一个锥型组合孔和一段外圆螺纹，夹紧组件125安装于锥型组合孔内。
其中，所述变幅杆1241竖置上套装的压电陶瓷1242和电极片1243共有四组，副边线圈121的正负极分别连接正负电极片1243。
其中，所述夹紧组件125包括锥型弹簧夹头1251和紧固螺母c1252；所述锥型弹簧夹头1251安装在变幅杆1241下端的锥型组合孔内，紧固螺母c1252与变幅杆1241下端外圆螺纹连接，锥型弹簧夹头1251夹紧刀具4。
本发明的据图工作原理如下：
机器人螺旋铣孔时，如图4所示，辅助断屑装置1开始工作，它在机器人螺旋铣孔执行器2带动下，同时绕着该执行器自转轴O1O1和公转轴O2O2一同旋转；超声电源114经第一安装座113径向孔与原边线圈111接线相连，第一安装座113与机器人螺旋铣孔执行器2自转法兰通过紧固螺栓A3固接，为原边线圈111提供电能，基于电磁感应效应，原边线圈111产生的交变磁场使副边线圈121产生电能，并通过导线传输至高频超声振，高频超声振子124因逆压电效应，迫使刀具4进行相对工件产生轴向振动，使其底刃切出短型切屑，进而方便实现机器人螺旋铣孔的自动排屑。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，包括机器人螺旋铣孔执行器（2）及刀具（4）；其特征在于：还包括构成辅助断屑装置（1）的固定组件（11）与旋转组件（12）；
所述固定组件（11）连接于机器人螺旋铣孔执行器（2），其包括原边线圈组件、用于安装原边线圈组件的第一安装座（113）、及用于向旋转部件供给电能的超声电源（114）；
所述旋转组件（12）包括副边线圈组件、用于安装副边线圈组件的第二安装座（123）、高频超声振子（124）、用于装夹刀具（4）的夹紧组件（125），刀具（4）随机器人螺旋铣孔执行器（2）进行螺旋切削的同时，旋转组件（12）使刀具（4）产生相对工件的轴向振动。
2.如权利要求1所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述第一安装座（113）通过紧固螺栓A（3）固定于机器人螺旋铣孔执行器（2）动力输出端面的自转法兰上；所述旋转组件（12）位于固定组件（11）远离机器人螺旋铣孔执行器（2）的一端，且旋转组件（12）与机器人螺旋铣孔执行器（2）动力输出端面的自转输出轴（21）同轴固连；所述固定组件（11）与旋转组件（12）之间还设有调整垫片（13）。
3.如权利要求1或2所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述第一安装座（113）呈“T”字型筒状结构，且与机器人螺旋铣孔执行器（2）的自转输出轴（21）同心套装，第一安装座（113）伸出端面上开设有上环形凹槽，原边线圈组件安装于上环形凹槽内，原边线圈组件包括原边线圈（111）和原边磁芯（112）。
4.如权利要求3所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述第二安装座（123）呈“T”字型筒状结构，其粗端底板中心孔经周向的键和轴向的紧固螺栓B（126）连接自转输出轴（21）伸出端，高频超声振子（124）安装于第二安装座（123）细端中心孔内；所述第二安装座（123）粗端侧面上开设有下环形凹槽，副边线圈组件安装于下环形凹槽内，副边线圈组件包括副边线圈（121）和副边磁芯（122）。
5.如权利要求4所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述固定组件（11）与旋转组件（12）均同轴地套装在机器人螺旋铣孔执行器（2）自转输出轴（21）上；所述上环形凹槽与下环形凹槽上下对应且结构参数相同。
6.如权利要求4所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述原边磁芯（112）与副边磁芯（122）均呈筒状且结构参数相同，且原边线圈（111）与副边线圈（121）具组数相同。
7.如权利要求6所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述原边线圈（111）经第一安装座（113）侧壁孔与超声电源（114）电性相连；所述副边线圈（121）经第二安装座（123）顶部槽和竖置孔与高频超声振子（124）电性相连。
8.如权利要求6或7所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述高频超声振子（124）包括“十”字型的变幅杆（1241），变幅杆（1241）水平法兰通过紧固螺母a（1245）固接在第二安装座（123）下端的中心孔内；所述变幅杆（1241）竖置上伸轴上依次套装有压电陶瓷（1242）和电极片（1243），尾部采用紧固螺母b（1244）并紧；所述变幅杆（1241）竖置下伸轴下端设有一个锥型组合孔和一段外圆螺纹，夹紧组件（125）安装于锥型组合孔内。
9.如权利要求8所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述变幅杆（1241）竖置上套装的压电陶瓷（1242）和电极片（1243）共有四组，副边线圈（121）的正负极分别连接正负电极片（1243）。
10.如权利要求8所述的一种机器人螺旋铣削高强韧材料制孔的辅助断屑装置，其特征在于：所述夹紧组件（125）包括锥型弹簧夹头（1251）和紧固螺母c（1252）；所述锥型弹簧夹头（1251）安装在变幅杆（1241）下端的锥型组合孔内，紧固螺母c（1252）与变幅杆（1241）下端外圆螺纹连接，锥型弹簧夹头（1251）夹紧刀具（4）。
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