一種超聲切削調(diào)整裝置及切削方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于切削加工領(lǐng)域，具體涉及氣凝膠超聲切削調(diào)整裝置及切削方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠材料廣泛地用于石油，化工和冶金行業(yè)中。但由于氣凝膠材料的剛性較弱，在加工時(shí)，若切削力較大，則會(huì)破壞工件，無(wú)法加工。
[0003]而超聲車削技術(shù)是在傳統(tǒng)的車削過(guò)程中對(duì)刀具施加一個(gè)特定方向的超聲頻振動(dòng)的加工方法，其切削力的大小和方向均呈周期性變化，這種變化改善了整個(gè)加工過(guò)程的受力情況，在超聲振動(dòng)的影響下，原有的靜摩擦力被動(dòng)摩擦力代替，使超聲車削的主切削力下降到普通切削的1/10，因此可以采用超聲車削來(lái)加工氣凝膠材料零件。
[0004]在對(duì)氣凝膠進(jìn)行加工時(shí)，切削力只有十幾牛頓(N)，當(dāng)切削力較大時(shí)，會(huì)破壞工件，而當(dāng)切削力過(guò)小時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致切削效率過(guò)低。因此在對(duì)氣凝膠進(jìn)行加工時(shí)，切削力的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整是車削加工氣凝膠零件的關(guān)鍵技術(shù)。目前尚無(wú)專用的針對(duì)氣凝膠超聲切削調(diào)整裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明中針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種超聲切削調(diào)整裝置及切削方法。
[0006]一種超聲切削調(diào)整裝置，包括箱體底板，第一軸承，軸承上端蓋，第一皮帶，第一帶輪，絲杠螺母，絲杠螺母頂板，絲杠，立柱，滾珠絲杠箱體蓋板，軸承蓋板，絲杠第二軸承，蝸桿第一軸承，蝸輪蝸桿箱體，超聲主軸夾具，三向力傳感器，傳感器固定底板，第二皮帶，蝸桿第二軸承，立柱連接板，滾珠絲杠箱體，第一伺服電機(jī)，第二帶輪，第二伺服電機(jī)，蝸輪階梯軸，蝸輪第一軸承，渦輪，滾珠絲杠箱體蓋板，蝸輪第二軸承，蝸輪第二軸承端蓋，第二帶輪。
[0007]滾珠絲杠箱體底板上開(kāi)有一盲孔，用來(lái)放置絲杠用第一軸承，第一軸承外圈通過(guò)箱體底板定位，內(nèi)圈固定絲杠。第一軸承的軸承上端蓋通過(guò)螺栓與箱體底板相連。滾珠絲杠箱體蓋板上開(kāi)有一沉頭孔，用來(lái)放置絲杠第二軸承，絲杠第二軸承的上端通過(guò)軸承蓋板固定。絲杠第二軸承外圈通過(guò)滾珠絲杠箱體蓋板定位，內(nèi)圈固定絲杠。絲杠的一端通過(guò)平鍵與第一帶輪連接；第一伺服電機(jī)通過(guò)螺栓固定在滾珠絲杠箱體外殼上，第一伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)第一皮帶帶動(dòng)第一帶輪。兩根立柱底端通過(guò)螺栓與滾珠頂板連接，兩根立柱另一端穿過(guò)滾珠絲杠箱體蓋板，通過(guò)螺栓與立柱連接板相連，立柱連接板通過(guò)螺栓與蝸輪蝸桿箱體固定連接。滾珠頂板通過(guò)螺栓連接在絲杠螺母上。滾珠絲杠箱體側(cè)板一端通過(guò)螺栓與絲杠箱體底板連接，另一端通過(guò)螺栓與滾珠絲杠箱體蓋板連接，滾珠絲杠箱體一側(cè)安裝有燕尾槽，絲杠螺母頂板與燕尾槽配合連接，蝸輪蝸桿箱體的一個(gè)側(cè)面板上開(kāi)有一盲孔，用以放置蝸輪第一軸承，第一軸承的外圈通過(guò)蝸輪蝸桿箱體定位，第一軸承的內(nèi)圈固定蝸輪階梯軸。蝸輪蝸桿箱體上與開(kāi)有盲孔的側(cè)面板相對(duì)應(yīng)的側(cè)面板通過(guò)螺栓與帶有通孔的滾珠絲杠箱體蓋板連接，該通孔用以放置蝸輪第二軸承，滾珠絲杠箱體蓋板上通孔的一側(cè)固定有渦輪第二軸承端蓋，渦輪第二軸承的外圈通過(guò)滾珠絲杠箱體蓋板定位，內(nèi)圈固定渦輪軸。蝸輪蝸桿箱體的另外兩個(gè)側(cè)板上分別開(kāi)有一個(gè)盲孔，用以放置蝸桿第一軸承、蝸桿第二軸承，第一軸承、蝸桿第二軸承的外圈分別通過(guò)蝸輪蝸桿箱體定位，蝸桿第一軸承、蝸桿第二軸承的內(nèi)圈分別在兩端固定蝸桿。蝸輪蝸桿通過(guò)第二皮帶傳遞扭矩。蝸桿的一端通過(guò)平鍵與第二帶輪連接，第二伺服電機(jī)通過(guò)螺栓固定在蝸輪蝸桿箱體上，第二伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)第二皮帶帶動(dòng)第二帶輪。蝸輪階梯軸通過(guò)平鍵與傳感器固定底板連接，三向力傳感器通過(guò)螺栓固定在傳感器固定底板上，超聲主軸外殼夾具通過(guò)螺栓固定在三向力傳感器上。超聲主軸通過(guò)夾具上方的螺栓預(yù)緊。
[0008]一種超聲切削調(diào)整裝置的切削方法，具體包括以下步驟:
第一步，先將氣凝膠零件安裝在車床主軸夾具上，再將本發(fā)明裝置通過(guò)車床刀架的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)移動(dòng)至距離零件合適位置。開(kāi)啟第一伺服電機(jī)并通過(guò)第一皮帶傳動(dòng)，帶動(dòng)固定在絲杠上面的第一帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，以帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)副中的滾珠頂板垂直上升，帶動(dòng)滾珠頂板上兩個(gè)立柱，穿過(guò)滾珠絲杠箱體的上蓋板推動(dòng)整個(gè)蝸輪蝸桿箱體上升，當(dāng)蝸輪蝸桿箱體上夾持的超聲主軸升高至距離零件合適位置時(shí)，第一伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]開(kāi)啟第二伺服電機(jī)，通過(guò)第二皮帶及第二帶輪傳動(dòng)以帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿兩端裝有蝸桿用第一軸承、第二軸承保證蝸桿能夠始終沿自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿嚙合的方式帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪通過(guò)渦輪階梯軸連接著分別在箱體及箱體蓋板上安裝的渦輪用第一軸承、第二軸承以保證沿自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪通過(guò)階梯軸連接傳感器固定底板轉(zhuǎn)動(dòng)，而超聲主軸外殼夾具底部通過(guò)螺栓將三向力傳感器固定在底板上，從而，夾具夾持超聲主軸沿階梯軸軸線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)超聲主軸的切削工具逐步旋轉(zhuǎn)至靠近氣凝膠零件時(shí)，第二伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]此時(shí)，整個(gè)切削裝置處于準(zhǔn)備加工位置。
[0011]第二步，開(kāi)啟車床，車床主軸帶動(dòng)氣凝膠零件旋轉(zhuǎn)，開(kāi)啟第二伺服電機(jī)，帶動(dòng)超聲主軸切削工具轉(zhuǎn)動(dòng)至剛剛接觸零件位置時(shí)，此時(shí)對(duì)刀完畢，停止第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)車床溜板箱使整個(gè)切削裝置遠(yuǎn)離零件。開(kāi)啟第一伺服電機(jī)，使之帶動(dòng)超聲主軸下降至一定高度時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此下降高度定義為進(jìn)行一次超聲車削時(shí)的進(jìn)給量。
[0012]控制車床溜板箱前進(jìn)并開(kāi)始加工，加工過(guò)程中，依據(jù)所需零件的不同外形尺寸，實(shí)時(shí)開(kāi)啟第一伺服電機(jī)，使之帶動(dòng)超聲主軸切削工具升高或降低，以滿足切削要求。同時(shí)，超聲主軸外殼夾具下方固定的三向力傳感器在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)向PLC反饋電壓信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到的電壓信號(hào)超過(guò)安全電壓最高值即切削力過(guò)大時(shí)，PLC控制開(kāi)啟第二伺服電機(jī)，帶動(dòng)超聲主軸朝遠(yuǎn)離零件方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)電壓信號(hào)回歸至安全電壓范圍內(nèi)時(shí)，PLC控制第二伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)檢測(cè)到的電壓信號(hào)低于安全電壓最低值時(shí)，PLC控制開(kāi)啟第二伺服電機(jī)，帶動(dòng)超聲主軸朝靠近零件方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)電壓信號(hào)回歸至安全電壓范圍內(nèi)時(shí)，PLC控制第二伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]第三步，當(dāng)零件加工完成后，控制車床刀架及溜板箱朝遠(yuǎn)離零件方向移動(dòng)。開(kāi)啟第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)將切削裝置回歸初始位置即超聲主軸下降至最低位置且擺角轉(zhuǎn)至O °，停止第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，加工完畢。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明中的超聲切削調(diào)整裝置，能夠在切削過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整切削力大小，適用于弱剛度零件加工，可提高加工精度，提高加工效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是超聲切削裝置主視圖；
圖2是超聲切削裝置左視圖；
圖3 (a)是超聲切削裝置剖面圖A-A ；
圖3 (b)是超聲切削裝置剖面圖B-B ；
圖3 (c)是超聲切削裝置剖面圖C-C ;
圖3 (d)是超聲切削裝置局部剖面圖D。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1、圖2所示，一種超聲切削調(diào)整裝置，包括箱體底板1，第一軸承2，軸承上端蓋3，第一皮帶4，第一帶輪5，絲杠螺母6，絲杠螺母頂板7，絲杠8，立柱9，滾珠絲杠箱體蓋板10，軸承蓋板11，絲杠第二軸承12，蝸桿第一軸承13，蝸輪蝸桿箱體14，超聲主軸夾具15，三向力傳感器16，傳感器固定底板17，第二皮帶18，蝸桿第二軸承19，立柱連接板20，滾珠絲杠箱體21，第一伺服電機(jī)22，第二帶輪23，第二伺服電機(jī)24，蝸輪階梯軸25，蝸輪第一軸承26，渦輪27，滾珠絲杠箱體蓋板28，蝸輪第二軸承29，蝸輪第二軸承端蓋30，第二帶輪31ο
[0017]滾珠絲杠箱體底板I上開(kāi)有一盲孔，用來(lái)放置絲杠用第一軸承2，該軸承外圈通過(guò)箱體底板I定位，內(nèi)圈固定絲杠8。第一軸承2的軸承上端蓋3通過(guò)螺栓與箱體底板I相連。滾珠絲杠箱體蓋板10上開(kāi)有一沉頭孔，用來(lái)放置絲杠第二軸承12，絲杠第二軸承12的上端通過(guò)軸承蓋板11固定。絲杠第二軸承12外圈通過(guò)滾珠絲杠箱體蓋板10定位，內(nèi)圈固定絲杠8。絲杠8的一端通過(guò)平鍵與第一帶輪5連接；第一伺服電機(jī)22通過(guò)螺栓固定在滾珠絲杠箱體外殼21上，第一伺服電機(jī)22的輸出軸通過(guò)第一皮帶4帶動(dòng)第一帶輪5。兩根立柱9底端通過(guò)螺栓與滾珠頂板7連接，兩根立柱9另一端穿過(guò)滾珠絲杠箱體蓋板10，通過(guò)螺栓與立柱連接板20相連，立柱連接板20通過(guò)螺栓與蝸輪蝸桿箱體14固定連接。滾珠頂板7通過(guò)螺栓連接在絲杠螺母6上。滾珠絲杠箱體側(cè)板一端通過(guò)螺栓與絲杠箱體底板I連接，另一端通過(guò)螺栓與滾珠絲杠箱體蓋板10連接，滾珠絲杠箱體一側(cè)安裝有燕尾槽，絲杠螺母頂板與燕尾槽配合連接，蝸輪蝸桿箱體14的一個(gè)側(cè)面板上開(kāi)有一盲孔，用以放置蝸輪第一軸承26，第一軸承26的外圈通過(guò)蝸輪蝸桿箱體14定位，第一軸承26的內(nèi)圈固定蝸輪階梯軸。蝸輪蝸桿箱體14上與開(kāi)有盲孔的側(cè)面板相對(duì)應(yīng)的側(cè)面板通過(guò)螺栓與帶有通孔的滾珠絲杠箱體蓋板28連接，該通孔用以放置蝸輪第二軸承29，滾珠絲杠箱體蓋板28上通孔的一側(cè)固定有渦輪第二軸承端蓋30，渦輪第二軸承29的外圈通過(guò)滾珠絲杠箱體蓋板28定位，內(nèi)圈固定渦輪軸。蝸輪蝸桿箱體14的另外兩個(gè)側(cè)板上分別開(kāi)有一個(gè)盲孔，用以放置蝸桿第一軸承13、蝸桿第二軸承19，第一軸承13、蝸桿第二軸承19的外圈