CN217615848U - 一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台 - Google Patents
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Abstract
一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，属于超声振动辅助机械加工技术领域，包括刀具超声振动系统、超声振动台系统、测力系统、测温系统、数据处理系统、超声检测系统；工件安装在振动台上，超声刀具和超声振动台对工件实现二维超声加工，测温系统由工件内热电偶丝通过数据线与热电偶采集仪连接测量温度，测力系统主要由传感、电荷放大器、数据采集系统组成测量切削力。本实用新型通过超声振动和机械加工以及测量系统技术相结合，在高频振动作用下改变材料去除方式，减少刀具磨损，提高工件表面加工质量，测量系统对材料切削特性研究起到关键性的技术支持。
Description
技术领域
本实用新型属于超声振动辅助机械加工技术领域，涉及超声振动台和测量仪器，是一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台。
背景技术
机械加工过程中，超声振动辅助加工相比于传统机械加工具有减少刀具磨损、提高加工质量、提高加工效率、减少热量产生等优点，超声辅助加工是将超声高频振动与传统车削、铣削、磨削结合起来，实现精密加工或超精密加工，尤其是在难加工和硬脆材料加工领域获得广泛的应用。
超声振动装置的附件化应用方便，刀具超声振动和超声振动台配合使用改变普通切削的材料去除机理，主要通过机械切削作用、高频微撞击作用等进行材料去除，可以实现普通切削难以达到的加工效果。这种方法可以进一步改善切削时的加工性能，提高加工精度，改善加工效率。由于科研需要对切削过程的动态变化进行跟踪测量，所以对测量仪器进行集成化管理，实现实时监测和观察。有利于加工过程中风险的防控，更有利于实验研究的发展进步，大大减少对测量仪器安装步骤。因此将测量技术和加工技术有效的结合起来正受到各行各业越来越广泛的关注。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：所述装置包括刀具超声振动系统、超声振动台系统、测力系统、测温系统、数据处理系统和超声检测系统，测力系统设置在基座上，刀具超声振动系统的工作部分安装在机床主轴，超声振动台系统安装在基座上，刀具超声振动系统的进给及超声振动方向沿机床主轴方向，超声振动台系统的进给及超声振动方向沿垂直与机床主轴的方向，测温系统的信号采集端与工件连接，数据处理系统通过数据线分别与测温系统和测力系统连接。
进一步地，所述的测力系统包括第一传感器装置、第二传感器装置、底部传感器装置和电荷放大器，数据处理系统包括数据采集卡和计算机，传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机依次通过所述的数据线连接。
进一步地，所述的第一传感器装置和第二传感器装置的结构相同，包括传感器通过螺栓固定于传感器基座，双头螺栓连接于传感器和第一传感器基座，双头螺栓连接于传感器和振动台基座，双头螺栓同时调节连接的距离，起到紧固作用。
进一步地，所述的底部传感器装置包括圆形传感器通过螺栓固定于底板，连接板固定连接于传感器。
进一步地，所述的超声检测系统包括超声电源和示波器，示波器与超声电源通过数据线连接，用于测量超声振动装置的超声振幅和超声频率。
进一步地，所述的测温系统包括热电偶丝和热电偶采集，热电偶丝的一端装夹在工件内部上，热电偶丝的另一端与热电偶采集仪相连。
进一步地，刀具超声振动系统和超声振动系统的结构相同；刀具超声振动系统和超声振动台系统均包括超声发生电源、换能器、变幅杆、法兰盘，换能器和变幅杆的大端固定连接于刀柄法兰上，变幅杆小端装夹刀具。超声振动台系统换能器固定连接于工作台，超声振子通过法兰盘固定连接于振动台基座，弹性块连接于振动台基座和振动台起到缓冲和减振作用。
进一步地，所述的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台用于超声振动辅助机械加工力学检测、用于对材料切削特性进行研究。
本实用新型所述装置通过刀具超声振动系统和超声振动台系统实现二维超声振动，具有高频冲击材料进行去除，有效减少刀具磨损和提高刀具寿命，提高加工表面质量，同时，配合各个测量系统对加工过程进行实时监控和记录数据，依据测量数据实时对材料加工性能进行研究分析。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型通过将超声振动和机械加工相结合，材料在高频振动和剪切应力的双重作用下，很大程度上改善材料的加工性能，达到了减小刀具磨损、提高加工质量。
2、本实用新型中超声振动辅助加工过程中各个测力系统，测温系统和超声检测系统，若干测量系统配合使用对切削作业时刀具的受力和轨迹路线、温度状况及超声振幅频率波动等数据都为复合切削时切屑形态和表面特征提供数据支撑。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是传感器连接结构示意图
图3是超声系统工作示意图
附图中标记及对应的零部件名称：
1-底板，2-第一传感器基座，3-超声电源，4-示波器，5-超声刀具，6-热电偶丝，7-热电偶采集仪，8-工件，9-振动台，10-弹性块，11-振动台基座，12-第二传感器基座，13-第一螺栓，14-双头螺栓，15-数据线，16-计算机，17-数据采集卡，18- 电荷放大器，19-底部压力传感器，20-压力传感器，21-第二螺栓，22-连接板， 23-第三螺栓，24-导柱，25-换能器，26-变幅杆。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1：
如图1-图2所示，本实用新型的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，包括刀具超声振动系统、超声振动台系统、测力系统、测温系统、数据处理系统和超声检测系统。超声刀具5安装于机床上，振动台9安装在振动台基座11上。振动台9与振动台基座11安装有弹性块10，弹性块10具有固定振动台，防止受压产生较大变形，同时减少振动台对其他结构的振动，起到缓冲减振作用。超声振动部分具有相同的结构，包括超声换能器25和变幅杆26 两大部分。超声振动部分通过数据线15连接示波器4和超声电源3，用示波器 4检测空载和负载状态的超声振幅频率信号，获得超声振动装置在负载状态下信号的衰减量，通过对信号衰减量的准确测量，通过控制超声电源3的电压和电流实现对超声振动装置进行信号补偿，进而实现对超声振动加工中超声频率、振幅变化进行检测和补偿。示波器4采用UTD型示波器，超声电源3采用 CSH型超声电源。
测力系统的结构包括第一传感器装置、第二传感器装置和底部传感器装置分别测量横向、纵向和轴向切削力；第一传感器装置包括压力传感器20通过第一螺栓13固定于第一传感器基座2；第一传感器装置与超声振动台连接通过双头螺栓14连接于压力传感器20和振动台基座11之间，旋转双头螺栓14同时收紧振动台9和SH型压力传感器20距离，实现横向切削力的测量。第二传感器装置包括压力传感器20固定于第二传感器基座12，第一传感器装置与第二传感器装置连接通过双头螺栓14连接于压力传感器20和第一传感器基座2之间，实现纵向切削力的测量。底部传感器装置包括第二传感器基座12通过连接板22 与底部压力传感器19连接，第二传感器基座12通过导柱24插入底部压力传感器19中和连接板22底部凹槽同时起到导向作用，连接板22的固定通过第二螺栓21进行紧固，底部传感器19通过第三螺栓23固定在底板1上，底部传感器 19测量轴向切削力。由此测量机械加工中切削力。测量系统中传感器通过数据线15连接压力分布多点式数据采集卡17和动态小型电荷放大器18。压力传感器 20采用SH型压力传感器，底部压力传感器19采用HZC型底部压力传感器。
测温系统包括热电偶丝6和热电偶采集仪7，热电偶丝6安放在工件8内置孔位内，热电偶丝6的另一端连接热电偶采集仪7进行温度测试。热电偶丝6 采用K型探针式热电偶丝，热电偶采集仪7采用K型数字式热电偶采集仪。
实施例2
如图3所示，超声振动辅助机械加工的方式有多种，启动超声刀具5振动系统在刀具上施加沿轴向方向的超声振动，该方向超声振动能量对断屑有直接影响。另外超声振动台9振动方向沿进给方向高频振动，与轴向刀具超声振动实现二维超声加工。该装置既可以实现工件端面也可以实现侧面的二维超声加工。超声检测系统包括超声电源和示波器，示波器与超声电源通过数据线连接，用于测量超声振动装置的超声振幅和超声频率。该装置所施加方法对切屑形态及微结构有影响，控制超声振动能量，抑制超声振动的断屑作用，保证形成稳定带状切屑；有效延长刀具使用寿命，提高加工表面质量。
本实施例并非对本实用新型的形状、测量工具、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：包括刀具超声振动系统、超声振动台系统、测力系统、测温系统、数据处理系统和超声检测系统；测力系统设置在基座上，刀具超声振动系统的工作部分安装在机床主轴，超声振动台系统安装在基座上，刀具超声振动系统的进给及超声振动方向沿机床主轴方向，超声振动台系统的进给及超声振动方向沿垂直与机床主轴的方向，测温系统的信号采集端与工件连接，数据处理系统通过数据线分别与测温系统和测力系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：测力系统包括第一传感器装置、第二传感器装置、底部传感器装置和电荷放大器，数据处理系统包括数据采集卡和计算机，传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机依次通过所述的数据线连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：第一传感器装置和第二传感器装置的结构相同，包括传感器通过螺栓固定于传感器基座；双头螺栓连接于传感器和第一传感器基座，双头螺栓连接于传感器和振动台基座。
4.根据权利要求2所述的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：底部传感器装置包括传感器通过螺栓固定于底板，连接板固定连接于传感器。
5.根据权利要求1所述的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：超声检测系统包括超声电源和示波器，示波器与超声电源通过数据线连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：测温系统包括热电偶丝和热电偶采集仪，热电偶丝的一端装夹在工件内部上，热电偶丝的另一端与热电偶采集仪相连。
7.根据权利要求1所述的一种具有热力在线监测功能的二维超声振动工作台，其特征在于：刀具超声振动系统和超声振动系统的结构相同；刀具超声振动系统和超声振动台系统均包括超声发生电源、换能器、变幅杆、法兰盘，换能器和变幅杆的大端固定连接于刀柄法兰上，变幅杆小端装夹刀具，超声振动台系统换能器固定连接于工作台，超声振子通过法兰盘固定连接于振动台基座，弹性块连接于振动台基座和振动台。
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