CN116748367A - 一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，包括立式机架以及设置在立式机架上的旋转工作台、压紧头机构、同步带轮传动机构和超声旋压模组；本发明公开一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压方法，包括如下步骤，通过机械手装夹待加工工件，并将待加工工件放置在旋转工作台的定位块上；竖直驱动机构驱动压紧头机构的压紧头向下运动至旋转工作台，使压紧头与定位块共同夹紧工件；旋转电机启动，带动旋转工作台上定位块旋转的同时，通过同步带轮传动机构带动压紧头机构旋转，使得旋转工作台和压紧头机构同速同向转动；直线驱动机构驱动超声旋压模块沿工作台径向滑动，靠近旋转工作台定位块上的工件，按照加工工序依次对工件进行超声振动旋压加工。

Description

一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置及方法

技术领域

本发明涉及超声旋压技术领域，特别涉及一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置及方法。

背景技术

带轮是用于各种设备中的重要传动零件。带轮通常需要具备高强度、高耐磨性和高韧性，以保证其能够承受严苛的工作条件。传统技术上，制造带轮通常采用车削加工的方法，该方法不仅精度和效率低下，而且材料上产生的刀痕会降低了带轮的寿命和疲劳强度。

在专利号CN217121416U的专利文件中提及一种数控旋压机床。该旋压加工机床为上下双旋转电机驱动及滑轨的配套使用，其内部结构复杂且整体刚性较差，上下旋模难以实现同步旋转，易造成加工过程中工件产生相对滑移、产品尺寸不精准等问题。

现有的旋压机床加工产品时，旋压模具作为从动件，在加工初期承受冲击载荷较大，在生产的过程中，由于反复受到冲击载荷，旋压轮使用寿命极低(产品加工约3000个左右)，更换成本与时间消耗巨大。工件由于受到成型时的摩擦力，易产生应力集中，导致产品出现裂痕。而以上问题若不加以有效预防，则会对企业和经济都有着巨大损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置。本发明的另一目的是提供一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压方法，以提高工件硬度，延长旋压轮使用寿命，降低生产加工成本。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，包括立式机架以及设置在立式机架上的旋转工作台、压紧头机构、同步带轮传动机构和超声旋压模组；

所述旋转工作台安装在所述立式机架的下部，所述旋转工作台包括工作台、定位块和旋转电机，定位块设置在工作台上用于放置工件，定位块与旋转电机的输出端连接，并由旋转电机驱动旋转；

所述压紧头机构安装在所述立式机架的上部且与所述旋转工作台同轴设置，所述压紧头机构和旋转工作台之间设有同步带轮传动机构，同步带轮传动机构的传动端与所述旋转电机连接，同步带轮传动机构的被传动端与压紧头机构连接，旋转电机通过同步带轮传动机构实现旋转工作台和压紧头机构的同步转动；

所述压紧头机构上还设有压紧头和驱动压紧头的竖直驱动机构，竖直驱动机构驱动压紧头竖直上下运动，靠近或远离工作台，配合定位块压紧其上的工件；

所述超声旋压模组包括多个超声旋压模块，多个超声旋压模块分布在工作台的四周，每个超声旋压模块的尾部设有一直线驱动机构，直线驱动机构推动超声旋压模块沿工作台径向滑动，靠近或远离工作台中部，以对工件进行超声振动旋压。

进一步，所述同步带轮传动机构包括旋转电机输出同步带轮、第一中间传动带轮、第二中间传动带轮、第一同步带、第二同步带、传动轴；所述旋转电机输出同步带轮安装在所述旋转电机的输出端，传动轴可转动安装在立式机架上，第一传动带轮和第二传动带轮分别安装在传动轴的下端和上端，所述第一同步带连接旋转电机输出同步带轮和第一中间传动带轮用于传递扭矩；所述第二同步带连接第一中间传动带轮和压紧头机构用于传递扭矩，进而带动压紧头机构与旋转工作台同步转动。

进一步，所述传动轴的上端和下端分别通过带座轴承连接在立式机架上。

进一步，所述压紧头机构包括由下至上依次连接的压紧头、花键轴、花键套和旋转套筒；所述压紧头安装在花键轴底部，所述花键套套设在所述花键轴上，花键套与旋转套筒固定连接，旋转套筒空套在压紧头机构的输出轴上，所述旋转套筒外周套设有压紧头机构同步带轮，所述第二同步带连接第一中间传动带轮和所述压紧头机构同步带轮，用于传递扭矩，进而带动压紧头与定位块同步转动。

进一步，驱动压紧头机构的竖直驱动机构包括第一推力轴承、推力轴承座和液压缸，所述推力轴承座通过第一推力轴承空套在所述液压缸的活塞杆上，所述液压缸推动推力轴承座进行上下运动，从而带动压紧头实现竖直上下运动。

进一步，每个所述超声旋压模组包括旋压轮、旋压轮座、滑动台、超声电源、换能器、变幅杆；所述旋压轮固定在旋压轮座上，所述旋压轮座固定在滑动台上，所述滑动台的尾端与直线驱动机构相连，直线驱动机构推动滑动台及其上的旋压轮沿工作台径向移动；

所述超声电源、换能器、变幅杆、旋压轮依次连接，以将超声电源产生的振幅传递到旋压轮，用于给工件施加径向的超声振动。

进一步，所述旋转工作台还包括第二推力轴承，所述定位块通过第二推力轴承空套设置在工作台上，定位块与所述旋转电机的输出端通过联轴器连接。

一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压方法，采用上述的超声旋压装置来实现，包括如下步骤：

步骤一：首先通过机械手装夹待加工工件，并将待加工工件放置在旋转工作台的定位块上；

步骤二：竖直驱动机构驱动压紧头机构的压紧头向下运动至旋转工作台，使压紧头与定位块共同夹紧工件；

步骤三：旋转电机启动，带动旋转工作台上定位块旋转的同时，通过同步带轮传动机构带动压紧头机构旋转，使得定位块和压紧头同速同向转动；

步骤四：直线驱动机构驱动超声旋压模块沿工作台径向滑动，靠近定位块，按照加工工序依次对定位块上的工件进行超声振动旋压加工。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：

1、产品尺寸稳定，传统的旋压机床在双电机的驱动下，由于运动不同步会导致工件产生横向滑动，而本案采用单一电机驱动配合同步带轮传动机构，以保证压紧头和放置工件的定位块转速相同，在加工过程压紧头对工件施加足够的压力，可有效保持其原有的定位精度，减小工件的横向滑动，保证产品尺寸稳定。

2、产品精度高，旋压轮寿命长，在超声辅助旋压轮进行旋压加工时，由于超声产生的振动，不断捶打工件的外表面，驱使材料进行塑性变形，采用超声辅助加工的办法可以降低摩擦力和冲击载荷,并通过超声波激励提高材料的成形性能，提高产品的耐用性和外形精度，并且在一定程度上延长了旋压轮的使用寿命，降低企业生产成本，企业生产效益大幅提高。

3、机床刚性好，立式机床由于采用立式加工的模式，承受轴向载荷较大，因此对于机床整体刚性要求较大。压紧头机构中采用滚珠花键和花键轴，可同时转动和上下滑动，省去滑轨和滑块的安装，降低整体机床的重量和尺寸，保障在旋压机床尺寸最小的情况下，机床整体的刚性和稳定性最好。

4、结构简洁，操作方便，现有的旋压机床要保证压紧头、压紧座的旋转以及压紧头的上下运动，要安装至少两个电机及滑轨结构，这样大大增加了控制的难度和成本。本发明采用单一电机驱动，通过同步带传动以及滚珠花键和花键轴的使用，可以同时实现上下模具旋转运动和上模具的上下运动，保证加工的精确性，使得装置结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明一实施例超声旋压装置结构示意图；

图2是本发明一实施例压紧头机构结构示意图；

图3是本发明一实施例超声旋压模块结构示意图。

标号说明：

1、立式机架；

2、旋转工作台；21、工作台；22、定位块；23、第二推力轴承；24、旋转电机；25、联轴器；

3、压紧头机构；31、压紧头；32、花键轴；33、花键套；34、旋转套筒；35、输出轴；36、压紧头机构同步带轮；

4、同步带轮传动机构；41、旋转电机输出同步带轮；42、第一中间传动带轮；43、第二中间传动带轮；44、传动轴；

5、超声旋压模块；51、旋压轮；52、旋压轮座；53、滑动台；54、超声电源；55、换能器；56、变幅杆；57、直线驱动机构；

6、竖直驱动机构；61、第一推力轴承；62、推力轴承座；63、液压缸。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。

本发明提供一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，如图1至3所示，包括立式机架1以及设置在立式机架1上的旋转工作台2、压紧头机构3、同步带轮传动机构4和超声旋压模组。

所述旋转工作台2安装在所述立式机架1的下部，所述旋转工作台2包括工作台21、定位块22、第二推力轴承23、旋转电机24和联轴器25，所述定位块22通过第二推力轴承23空套设置在工作台21上，定位块22用于放置工件，定位块22与旋转电机24的输出端连接，并由旋转电机24驱动旋转。定位块22与所述旋转电机24的输出端可以通过联轴器25连接。

所述压紧头机构3和旋转工作台2之间设有同步带轮传动机构4，同步带轮传动机构4的传动端与所述旋转电机24连接，同步带轮传动机构4的被传动端与压紧头机构3连接，旋转电机24通过同步带轮传动机构4实现旋转工作台2和压紧头机构3的同步转动。

具体结构如下：如图2，所述压紧头机构3安装在所述立式机架1的上部且与所述旋转工作台2同轴设置，用于对工件进行旋压。所述压紧头机构3包括由下至上依次连接的压紧头31、花键轴32、花键套33和旋转套筒34；所述压紧头31安装在花键轴32底部，所述花键套33套设在所述花键轴32上，花键套33与旋转套筒34固定连接，旋转套筒34空套在压紧头机构3的输出轴35上，所述旋转套筒34外周套设有压紧头机构同步带轮36，压紧头机构同步带轮36用于与同步带轮传动机构4连接。

所述同步带轮传动机构4包括旋转电机输出同步带轮41、第一中间传动带轮42、第二中间传动带轮43、第一同步带(图中未示出)、第二同步带(图中未示出)、传动轴44；所述旋转电机输出同步带轮41安装在所述旋转电机24的输出端，传动轴44可转动安装在立式机架1上，传动轴44的上端和下端可分别通过带座轴承连接在立式机架1上，第一传动带轮和第二传动带轮分别安装在传动轴44的下端和上端，所述第一同步带连接旋转电机输出同步带轮41和第一中间传动带轮42用于传递扭矩；所述第二同步带连接第一中间传动带轮42和压紧头机构3用于传递扭矩，进而带动压紧头机构3与旋转工作台2同步转动。具体的，第二同步带连接第一中间传动带轮42和所述压紧头机构同步带轮36，用于传递扭矩，进而带动压紧头31与定位块22同步转动。所述电机输出同步带轮、第一中间传动带轮42、第二中间传动带轮43和压紧头机构同步带轮36中，任意两带轮减速比相同，实现压紧头机构3和旋转工作台2同速同向转动，防止工件旋压过程与压紧头31产生相对滑动。

所述压紧头机构3上还设有竖直驱动机构6，竖直驱动机构6驱动压紧头机构3竖直上下运动，靠近或远离工作台21，配合定位块22压紧其上的工件。在本实施例中，所述竖直驱动机构6包括第一推力轴承61、推力轴承座62和液压缸63，所述推力轴承座62通过第一推力轴承61空套在所述液压缸63的活塞杆上，所述液压缸63推动推力轴承座62进行上下运动，从而带动压紧头31实现竖直上下运动。

重点如图1和3所示，所述超声旋压模组包括多个超声旋压模块5，多个超声旋压模块5分布在工作台21的四周，每个超声旋压模块5的尾部设有一直线驱动机构57，直线驱动机构57推动超声旋压模块5沿工作台21径向滑动，靠近或远离工作台21中部，以对工件进行超声振动旋压。

具体的，每个所述超声旋压模组包括旋压轮51、短轴、滚针轴承、旋压轮座52、滑动台53、超声电源54、换能器55、变幅杆56；所述旋压轮51通过短轴和滚针轴承固定在旋压轮座52上，所述旋压轮座52固定在滑动台53上，所述滑动台53的尾端与直线驱动机构57相连，直线驱动机构57推动滑动台53及其上的旋压轮沿工作台21径向移动；所述超声电源54、换能器55、变幅杆56、旋压轮51依次连接，以将超声电源54产生的振幅传递到旋压轮51，给工件施加径向的超声振动，使得工件表面更加光洁平整。

该旋转工作台和压紧头联动的超声旋压方法包括如下步骤：

步骤一：首先通过机械手装夹待加工工件，并将待加工工件放置在旋转工作台2的定位块22上；

步骤二：竖直驱动机构6驱动压紧头机构3的压紧头31向下运动至旋转工作台2，使压紧头31与定位块22共同夹紧工件；具体的，所述压紧头机构3包括由下至上依次连接的压紧头31、花键轴32、花键套33和旋转套筒34，这里的竖直驱动机构6可采用液压缸63，液压缸63推动花键轴32，使得花键轴32带动压紧头31向下运动，与定位块22共同夹紧毛坯。

步骤三：旋转电机24启动，带动旋转工作台2上定位块22旋转的同时，通过同步带轮传动机构4将扭矩从传动端传动至被传动端的压紧头机构3，进而带动压紧头机构3旋转，使得定位块22和压紧头31同速同向转动。具体的，同步带轮传动机构4包括旋转电机输出同步带轮41、第一中间传动带轮42、第二中间传动带轮43、第一同步带、第二同步带、传动轴44，旋转电机24启动，驱动第一同步带和第二同步带，第二同步带带动旋转套筒34转动，使得转矩传递到与旋转套筒34相连的花键套33，进而将转矩传递到花键轴32，通过花键轴32的旋转带动安装在其下端的压紧头31一起旋转，使得定位块22和压紧头31同步同速转动。

步骤四：直线驱动机构57驱动超声旋压模块5沿工作台21径向滑动，靠近定位块22上的工件，按照加工工序依次对工件进行超声振动旋压加工。具体的，每个所述超声旋压模组包括旋压轮51、旋压轮座52、滑动台53、超声电源54、换能器55、变幅杆56，直线驱动机构57推动滑动台53及其上的旋压轮51沿工作台21径向移动至工件，所述超声电源54将振幅通过换能器55和变幅杆56传递至旋压轮51，从而给工件施加径向的超声振动，使得工件表面更加光洁平整。

步骤五：加工完成，直线驱动机构57驱动超声旋压模块5离开工件，退回到初始位置；旋转电机24停止工作，定位块22和压紧头31停止旋转，竖直驱动机构6带动压紧头机构3离开工件，退回到初始位置，然后通过机械手将加工好的工件转移至固定位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (8)

1.一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，其特征在于：包括立式机架以及设置在立式机架上的旋转工作台、压紧头机构、同步带轮传动机构和超声旋压模组；

所述旋转工作台安装在所述立式机架的下部，所述旋转工作台包括工作台、定位块和旋转电机，定位块设置在工作台上用于放置工件，定位块与旋转电机的输出端连接，并由旋转电机驱动旋转；

所述压紧头机构安装在所述立式机架的上部且与所述旋转工作台同轴设置，所述压紧头机构和旋转工作台之间设有同步带轮传动机构，同步带轮传动机构的传动端与所述旋转电机连接，同步带轮传动机构的被传动端与压紧头机构连接，旋转电机通过同步带轮传动机构实现旋转工作台和压紧头机构的同步转动；

所述压紧头机构上还设有压紧头和驱动压紧头的竖直驱动机构，竖直驱动机构驱动压紧头竖直上下运动，靠近或远离工作台，配合定位块压紧其上的工件；

所述超声旋压模组包括多个超声旋压模块，多个超声旋压模块分布在工作台的四周，每个超声旋压模块的尾部设有一直线驱动机构，直线驱动机构推动超声旋压模块沿工作台径向滑动，靠近或远离工作台中部，以对工件进行超声振动旋压。

2.如权利要求1所述的一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，其特征在于：所述同步带轮传动机构包括旋转电机输出同步带轮、第一中间传动带轮、第二中间传动带轮、第一同步带、第二同步带、传动轴；所述旋转电机输出同步带轮安装在所述旋转电机的输出端，传动轴可转动安装在立式机架上，第一传动带轮和第二传动带轮分别安装在传动轴的下端和上端，所述第一同步带连接旋转电机输出同步带轮和第一中间传动带轮用于传递扭矩；所述第二同步带连接第一中间传动带轮和压紧头机构用于传递扭矩，进而带动压紧头机构与旋转工作台同步转动。

3.如权利要求2所述的一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，其特征在于：所述传动轴的上端和下端分别通过带座轴承连接在立式机架上。

4.如权利要求2所述的一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，其特征在于：所述压紧头机构包括由下至上依次连接的压紧头、花键轴、花键套和旋转套筒；所述压紧头安装在花键轴底部，所述花键套套设在所述花键轴上，花键套与旋转套筒固定连接，旋转套筒空套在压紧头机构的输出轴上，所述旋转套筒外周套设有压紧头机构同步带轮，所述第二同步带连接第一中间传动带轮和所述压紧头机构同步带轮，用于传递扭矩，进而带动压紧头与定位块同步转动。

5.如权利要求4所述的一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，其特征在于：驱动压紧头机构的竖直驱动机构包括第一推力轴承、推力轴承座和液压缸，所述推力轴承座通过第一推力轴承空套在所述液压缸的活塞杆上，所述液压缸推动推力轴承座进行上下运动，从而带动压紧头实现竖直上下运动。

6.如权利要求1所述的一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，其特征在于：每个所述超声旋压模组包括旋压轮、旋压轮座、滑动台、超声电源、换能器、变幅杆；所述旋压轮固定在旋压轮座上，所述旋压轮座固定在滑动台上，所述滑动台的尾端与直线驱动机构相连，直线驱动机构推动滑动台及其上的旋压轮沿工作台径向移动；

所述超声电源、换能器、变幅杆、旋压轮依次连接，以将超声电源产生的振幅传递到旋压轮，用于给工件施加径向的超声振动。

7.如权利要求1所述的一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压装置，其特征在于：所述旋转工作台还包括第二推力轴承，所述定位块通过第二推力轴承空套设置在工作台上，定位块与所述旋转电机的输出端通过联轴器连接。

8.一种旋转工作台和压紧头联动的超声旋压方法，其特征在于：采用如权利要求1至7任意一项所述的超声旋压装置来实现，包括如下步骤：

步骤一：首先通过机械手装夹待加工工件，并将待加工工件放置在旋转工作台的定位块上；

步骤二：竖直驱动机构驱动压紧头机构的压紧头向下运动至旋转工作台，使压紧头与定位块共同夹紧工件；

步骤三：旋转电机启动，带动旋转工作台上定位块旋转的同时，通过同步带轮传动机构带动压紧头机构旋转，使得定位块和压紧头同速同向转动；

步骤四：直线驱动机构驱动超声旋压模块沿工作台径向滑动，靠近定位块，按照加工工序依次对定位块上的工件进行超声振动旋压加工。