CN206855142U - 基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置 - Google Patents

Abstract

基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置，包括三轴数控铣削加工中心、超声加工系统、工件、数据采集系统，三轴数控铣削加工中心包括机架、主轴和球头铣刀；超声加工系统包括超声波发生器、换能器、变幅杆；待加工工件包括三种不同硬度的淬硬钢曲面拼接而成，硬度从左至右依次增大；淬硬钢与压电式三分力测力仪相接，测力仪固定在三轴数控加工中心的工件台上；压电式测力仪与数据采集卡连接，数据采集卡与测试中心连接。由于拼接处铣削力有一个突增的变化，而且不同硬度的铣削力的数值不规则变化且幅值较大，难于处理，本实用新型能优化普通铣削过程中铣削力波动幅值，使输出的铣削力信号更稳定，起到减小振幅的作用，能够减轻刀具磨损，提高工件表面精度。

Description

基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置

技术领域

本发明专利涉及基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置，特别是能在原铣削系统上加一个有规律的强迫振动，强迫振动与铣削系统内再生颤振共同作用，使所输出的铣削力信号的幅值波动更平稳、更精准；而且能在一次铣削过程中记录并分析铣削不同硬度拼接材料时的振动情况，能记录分析从不同硬度淬硬钢工件过渡区域以及铣削不同硬度淬硬钢的铣削力和振动变化状况的测试装置。

背景技术

大型汽车覆盖件模具是汽车生产的关键工艺装备，其制造难度大、加工质量和精度要求高，淬硬钢广泛用于制造大型汽车覆盖件模具，为满足中型和大型汽车覆盖件、冲压件的生产需要，通常由于大型模具的自重和尺寸较大，进行整体淬火、锻造、切削等加工过程提出苟刻要求，且质量难以掌控；采用拼接工艺，可以减小工件尺寸，降低加工、运输成本，缩短生产周期；由于模具的结构形式和型腔要求日益复杂，导致在模具自由型面上存在大量沟槽、转角、凹陷等结构，冲压过程中易出现磨损严重、拉毛拉裂等问题而使模具无法使用；为保证淬硬钢模具寿命，通常按照模具不同部位所承受的应力特征，采用模体加镶块的制造方式，形成多硬度拼接淬硬钢模具，制造时先单独加工镶块和分块模具，然后在拼接状态下进行电火花、精磨或精铣加工，获得最终型面；为了保证模具型面的完整性和覆盖件成形质量，需要在同一台数控机床上和用同一把刀具完成，刀具使用寿命要求高。在高速铣削过程中，铣削振动不但影响着工件表面质量，也影响着刀具的使用寿命，因此有必要对多硬度拼接模具钢的铣削振动进行测试研究，以优化铣削参数，减小铣削振动对表面质量和刀具使用寿命的影响；由于拼接过渡区域铣削力存在较大的波动，而且波动的幅值较大，然而现有的铣削振动测试装置并不能满足实验测试多硬度拼接模具钢高速铣削振动的要求，如中国专利CN 101718578A公开了旋转式铣削振动测量仪，其包括铣刀刀柄、振动传感器、供电系统及信号传送系统，振动传感器包括内装IC压电晶体加速度传感器及恒流源电路；信号传送系统采集振动传感器输出的信号，再将数据存储；供电系统采用电磁感应的方式对铣刀刀柄内的传感器及电路进行供电，此发明的感应供电系统可以使得不受刀柄旋转的影响，无线传输信号的方式使信号接收端适当远离切削区域，但该测量仪只能测试铣刀刀柄的铣削振动情况，不能测试工件和机床工件台的振动情况，不能满足实验测试多硬度拼接材料高速铣削振动的要求；如中国专利CN201010271417.3公开展示了拼接材料的振动测试装置，由于拼接区域存在较大冲击，输出铣削力参数和振动参数幅值不规律，难于采集信号以及转换频率信号，不能满足实验测试多硬度拼接材料高速铣削振动的要求。

发明内容

为了克服现有的铣削振动测量装置只能测试平面、单一硬度材料铣削振动测试的缺陷以及输出信号幅值无规则波动难于处理等缺陷，本发明提供基于超声振动辅助装置能在单次铣削过程中记录并分析铣削曲面不同硬度淬硬钢模具时的铣削力和振动加速度信号，能记录分析跨硬度淬硬钢以及曲面拼接区域的铣削振动变化状况的测试装置。

为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置，包括三轴数控铣削加工中心、超声加工系统、工件、数据采集系统；所述三轴数控铣削加工中心包括机架、主轴和球头铣刀，所述超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆工艺装置构成，超声加工系统与机架紧密相连，且安装在机架的下方，所述超声加工系统从上到下安装顺序是：超声发生器、换能器、变幅杆；所述的主轴安装在变幅杆下方，所述的球头铣刀安装在主轴的正下方；工件与球头铣刀具体安装位置关系为：待加工工件位于所述球头铣刀的下方，所述待加工工件包括三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢，所述三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢由左至右的硬度依次增大；所述三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢与Kistler9257B压电式三分力测力仪相连，所述的测力仪固定在数控加工中心的工件台上；所述加速度传感器在测力仪内部；所述Kistler9257B压电式三分力测力仪与数据采集卡连接，所述数据采集卡与测试中心连接，用以记录铣削过程铣削力的状况；

产生超声振动有两种形式，一种是刀具振动，一种是工件振动，工件振动适用于小型工件加工，大型工件使用工件振动方式困难，所以采用铣刀振动，但振动主轴安装、调整难度较大，适用于大型零件加工。本发明采用铣刀振动方式。

所述超声换能器为压电陶瓷换能器。

所述超声变幅杆结构采用带过渡圆弧的阶梯形，并在节点处设有连接法兰盘。

所述测力仪采用嵌入高达10KN量程放大器的压电式测力仪，其包括四个三分力传感器。

进一步，利用振动辅助铣削的方法，给原铣削系统加规则的强迫振动，使输出的铣削力信号更加稳定；三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢，三种硬度依次增大。

再进一步，超声波发生器产生的高频电振荡通过换能器将电信号转变为机械振动信号，再由变幅杆把这种微小的机械振动加以放大并传递给振动刀具，使刀具产生规则的强迫振动，强迫振动与自激振动结合，使输出的铣削力信号更加稳定。

本发明专利的有益效果主要表现在：结构简单，能在单次铣削过程中记录并分析铣削三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢模具材料时的振动情况，而且能改善系统输出的铣削力信号以及振动加速度信号波动幅值加大的情况，使输出信号更稳定，易于处理与分析，结果更准确，能记录分析不同硬度铣削淬硬钢以及曲面拼接区域的铣削振动变化状况，具有一定的应用领域；另外采用在高速铣床上加装超声振动的结构，利用超声振动辅助铣削，能够改善切削加工状态，降低切削力，降低刀具磨损，提高刀具寿命。

附图说明

图1为本发明装置的示意图。

图2为本发明的超声换能器结构示意图。

图3为本发明的阶梯型复合变幅杆结构示意图。

图4为Kistler9257B压电式测力仪俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

参照图1~图3，基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置，

包括三轴数控铣削加工中心、超声加工系统、工件、数据采集系统；所述三轴数控铣削加工中心包括机架1、主轴5和球头铣刀6，所述的超声加工系统安装在机架1的下方，超声加工系统由超声波发生器2、换能器3、变幅杆4工艺装置构成。所述超声加工系统从上到下安装顺序是：超声发生器2、换能器3、变幅杆4；所述的主轴5安装在变幅杆下方，所述的球头铣刀6安装在主轴5的正下方；所述的待加工工件7位于所述球头铣刀6的下方，所述待加工工件7包括三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢连成一个整体，所述三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢硬度从左到右依次增大，三种不同硬度曲面拼接成的淬硬钢与Kistler9257B压电式三分力测力仪相连， Kistler9257B压电式三分力测力仪9安装在三轴数控加工中心工件台上；所述压电式三分力测力仪9与荷放大器10连接，所述电荷放大器10与数据集成系统11相连，所述数据集成系统11用以记录高速铣削过程铣削力信号以及振动加速度信号的状况的测试中心12连接。

实施的基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置，包括数控加工中心1.5.6、超声加工系统2.3.4、工件部分7、传感器部分9、数据采集卡11和移动工作站12；

所述的数控加工中心为三轴数控加工铣床；

所述夹心式压电陶瓷换能器有多个并联的压电陶瓷片14，每个压电陶瓷片设有正负两个铜电极15，所述的铜电极通过导线与所述超声电源连接；变幅杆在节点处设有连接法兰盘16。

所述的工件部分6为三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢模具材料。

所述的传感器部分8.9是瑞士Kistler（奇石乐）公司的Kistler9257B型三向测力台，所述的加速度传感器8在所述的数控加工中心工件台13上，不仅可以测量出铣削力，还可以根据噪声和振动判断刀具是否有裂痕，通过三个轴向的曲线，可以方便直观的了解机床运行的是否平稳。

所述的数据采集卡型号为DH5922数采系统数据采集卡。

本发明的工作过程为：将所述的工件部分与测力仪相连，所述的传感器固定在数控加工中心工件台上，所述的传感器的信号线连接到数据采集卡，所述的数据采集卡连接到移动工作站上，所述的移动工作站上运行DH-5922动态信号采集系统，将信号转化为可读信号，并对其进行读取与分析。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置，包括三轴数控铣削加工中心、超声加工系统、工件、数据采集系统；所述三轴数控铣削加工中心包括机架、主轴和球头铣刀，所述超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆工艺装置构成，超声加工系统与机架紧密相连，并且安装在机架的下方；所述超声加工系统从上到下安装顺序是：超声发生器、换能器、变幅杆；所述的主轴安装在变幅杆下方，所述的球头铣刀安装在主轴的正下方；工件与球头铣刀具体安装位置关系为：待加工工件位于所述球头铣刀的下方，所述待加工工件包括三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢，所述三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢由左至右的硬度依次增大；所述三种不同硬度曲面拼接而成的淬硬钢与Kistler9257B压电式三分力测力仪相连，所述的测力仪固定在数控加工中心的工件台上；所述Kistler9257B压电式三分力测力仪与数据采集卡连接，所述数据采集卡与测试中心连接，用以记录铣削过程铣削力的状况。

2.如权利要求1所述的基于超声振动辅助多硬度拼接模具淬硬钢铣削装置，其特征在于：所述换能器为夹心式压电陶瓷换能器，每个压电陶瓷片设有正负两个铜电极，铜电极通过导线与电源连接。