一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，包括底座、主軸加工組件和立柱組件，所述立柱組件設(shè)置在底座的一側(cè)，所述底座上設(shè)置有用于放置被加工件的機(jī)床工作臺(tái)，所述主軸加工組件活動(dòng)設(shè)置在所述立柱組件上，該主軸加工組件位于機(jī)床工作臺(tái)的上方，所述主軸加工組件包括主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)、法蘭盤、主軸及旋轉(zhuǎn)安裝在所述主軸的主軸孔中的超聲加工裝置，所述主軸固定在法蘭盤內(nèi)，所述主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述超聲加工裝置做豎向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)超聲加工裝置與數(shù)控機(jī)床的整合、集成及優(yōu)化，使其滿足我國(guó)對(duì)于硬脆材料加工的重大需求，且具有較高的加工穩(wěn)定性、效率及精度，有利于提升我國(guó)超聲旋轉(zhuǎn)機(jī)床自主創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【專利說(shuō)明】
一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)械行業(yè)工作母機(jī)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著高速數(shù)控加工中心的大規(guī)模應(yīng)用，加工較高精度的金屬機(jī)械件的效率越來(lái)越高，但對(duì)于具有良好應(yīng)用特性的脆硬材料還是難以在高速數(shù)控加工中心上加工。隨著科技的發(fā)展，特種加工技術(shù)已經(jīng)成為制造領(lǐng)域不可缺少的重要組成部分。
[0003]超聲加工技術(shù)是20世紀(jì)50年代以來(lái)，逐步發(fā)展的一種特種加工方法，在難加材料的精密加工中，超聲加工技術(shù)具有其它加工方法無(wú)法比擬的工藝效果，應(yīng)用范圍十分廣泛。尤其是在金剛石、陶瓷、瑪瑙、玉石、花崗石、大理石、石英、玻璃、淬火鋼、模具剛、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金和燒結(jié)永磁體等難加工材料領(lǐng)域，解決了許多關(guān)鍵性問(wèn)題，取得了良好效果O
[0004]超聲加工是利用超聲換能器在超聲電源的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)加工工具進(jìn)行高頻微幅的振動(dòng)，并通過(guò)它與工件之間游離于液體中的磨料對(duì)被加工表面的錘擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，在英語(yǔ)中稱為(Ultrasonic machining)。利用加工工具的這種振動(dòng)方式有效的降低了加工工具對(duì)工件所施加的壓力，而且也大幅降低了加工工具的磨損，因此可以非常容易的加工各種脆硬材料，超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。在這種背景下將超聲加工與數(shù)控加工中心融合也是必然的趨勢(shì)，從而促使特種加工向精密、高效、智能方向發(fā)展。
[0005]但是，目前我國(guó)對(duì)超聲加工技術(shù)的研究還處于早期階段和試驗(yàn)樣機(jī)研制階段，與國(guó)外差距較大，無(wú)法滿足需求。國(guó)外如德國(guó)和英國(guó)，他們已經(jīng)能在生產(chǎn)中加工玻璃、陶瓷、優(yōu)質(zhì)鋼、淬硬鋼、硬質(zhì)合金等硬脆材料，并且切除效率要比傳統(tǒng)加工高出數(shù)倍。隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展和需求不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)硬脆材料加工的需求日益迫切。因此，開(kāi)展高可靠、加工性能穩(wěn)定、材料加工范圍廣的超聲波旋轉(zhuǎn)加工關(guān)鍵技術(shù)研究在國(guó)內(nèi)具有巨大的發(fā)展空間。項(xiàng)目成果將滿足我國(guó)硬脆材料加工的重大需求，提升我國(guó)超聲旋轉(zhuǎn)機(jī)床自主創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種解決了傳統(tǒng)加工技術(shù)難以滿足許多硬脆材料的加工需要及加工成本較高的問(wèn)題，推進(jìn)新材料發(fā)展及復(fù)雜零件的推廣，切除效率高，提升我國(guó)自主創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0008]提供一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，包括底座、主軸加工組件和立柱組件，所述立柱組件設(shè)置在所述底座的一側(cè)，所述底座上設(shè)置有用于放置被加工件的機(jī)床工作臺(tái)，所述主軸加工組件活動(dòng)設(shè)置在所述立柱組件上，該主軸加工組件位于所述機(jī)床工作臺(tái)的上方，所述主軸加工組件包括主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)、法蘭盤、主軸及旋轉(zhuǎn)安裝在所述主軸的主軸孔中的超聲加工裝置，所述主軸固定在所述法蘭盤內(nèi)，所述主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述超聲加工裝置做豎向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0009]進(jìn)一步的，所述超聲加工裝置包括超聲波發(fā)生器、超聲換能器、變幅桿及加工工具，所述超聲波發(fā)生器與所述超聲換能器電連接，所述超聲換能器通過(guò)變幅桿連接所述加工工具。
[0010]進(jìn)一步的，所述加工工具的端部設(shè)有磨料。
[0011]進(jìn)一步的，所述變幅桿與超聲換能器通過(guò)螺紋固定連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述變幅桿與加工工具通過(guò)焊接或螺紋方式固定連接。
[0013]進(jìn)一步的，所述主軸的一側(cè)設(shè)置有噴油嘴。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:通過(guò)將超聲加工技術(shù)融合到數(shù)控加工中心上，使其可用于硬脆材料加工，例如聚晶粒金剛石、工程陶瓷、硬質(zhì)合金等，解決了傳統(tǒng)加工技術(shù)難以滿足許多硬脆材料的加工需要及加工成本較高的問(wèn)題，推進(jìn)了新材料發(fā)展及復(fù)雜零件的推廣，且本實(shí)用新型加工性能穩(wěn)定、加工效率高、能量耗損低、材料加工范圍廣，滿足了我國(guó)對(duì)于硬脆材料加工的重大需求，提升了我國(guó)超聲旋轉(zhuǎn)機(jī)床的自主創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心的機(jī)床總體結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心的超聲加工原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了能夠進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、特征及其他目的，現(xiàn)結(jié)合所附較佳實(shí)施例附以附圖詳細(xì)說(shuō)明如下，本附圖所說(shuō)明的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，并非限定本實(shí)用新型。
[0018]請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，其包括底座1、主軸加工組件2和立柱組件3，所述立柱組件3設(shè)置在所述底座I的一側(cè)，所述底座I上設(shè)置有用于放置被加工件的機(jī)床工作臺(tái)4，所述主軸加工組件2活動(dòng)設(shè)置在所述立柱組件3上，該主軸加工組件2位于所述機(jī)床工作臺(tái)4的上方，所述主軸加工組件2包括主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)21、法蘭盤22、主軸23及旋轉(zhuǎn)安裝在所述主軸23的主軸孔中的超聲加工裝置24，所述主軸23固定在所述法蘭盤22內(nèi)，所述主軸23的一側(cè)設(shè)置有噴油嘴6，所述超聲加工裝置24在所述主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)21的作用下做豎向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0019]如圖2所示，所述超聲加工裝置24包括超聲波發(fā)生器241(又稱超聲波驅(qū)動(dòng)電源)、超聲換能器242、變幅桿243及加工工具244，所述超聲波發(fā)生器241與所述超聲換能器242電連接，所述超聲換能器242通過(guò)變幅桿243連接所述加工工具244，所述加工工具244的端部設(shè)有磨料245。
[0020]其中，所述變幅桿243與超聲換能器242通過(guò)螺紋固定連接，所述變幅桿243與加工工具244通過(guò)焊接或螺紋方式固定連接。便于加工工具244的更換以及保證超聲震動(dòng)的傳輸。
[0021]其超聲加工的工作原理是:由超聲波發(fā)生器241產(chǎn)生高頻電振蕩(一般為16?25千赫)，施加于超聲換能器242上，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動(dòng)。超聲振動(dòng)通過(guò)變幅桿243放大振幅，并驅(qū)動(dòng)以一定的靜壓力壓在工件5表面上的加工工具244產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)。加工工具244端部通過(guò)磨料245不斷地錘擊工件5，使加工區(qū)的工件5材料粉碎成很細(xì)的微粒，被循環(huán)的磨料懸浮液帶走，加工工具244通過(guò)主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)21的作用逐漸進(jìn)入到工件5中，從而加工出與加工工具244相應(yīng)的形狀。總而言之，超聲波加工是磨料245懸浮液中的磨粒，在超聲振動(dòng)下的機(jī)械撞擊和拋磨作用以及超聲空化作用的綜合結(jié)果。其中，磨粒的撞擊作用是主要的。所謂“空化”作用:是指當(dāng)加工工具244端面以很大的加速度離開(kāi)工件5表面時(shí)，加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空，在工作液體中形成很多微腔，當(dāng)加工工具244以很大加速度接近工件5時(shí)，空泡閉合，引起極強(qiáng)的液壓沖擊波，可以強(qiáng)化加工過(guò)程。
[0022]其中，要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)超聲波加工機(jī)床的平穩(wěn)、高效加工，必須保證超聲振動(dòng)系統(tǒng)始終處于良好的諧振狀態(tài)及滿足電源的最大功率輸出條件。而在實(shí)際加工中，由于負(fù)載變化、加工工具244磨損、超聲換能器242發(fā)熱等因素的影響，超聲換能器242的機(jī)械共振頻率將發(fā)生漂移，從而使振動(dòng)系統(tǒng)失諧，導(dǎo)致加工工具244端面的振幅減小，而振幅的減小或消失，會(huì)使系統(tǒng)降低甚至喪失旋轉(zhuǎn)超聲加工的能力。因而，為了保證旋轉(zhuǎn)超聲加工的順利進(jìn)行，要求超聲波發(fā)生器241具有適應(yīng)負(fù)載變化的自動(dòng)頻率跟蹤和穩(wěn)定的振幅輸出功能。而且，為了使機(jī)床能適用于不同工件5、不同材料的加工，要求超聲波發(fā)生器241具有功率輸出連續(xù)可調(diào)的功能等等。為此，綜合考慮開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和應(yīng)用，選用當(dāng)前高頻開(kāi)關(guān)電源常用電子器件，在本實(shí)施例中，所述超聲波發(fā)生器241具有適應(yīng)負(fù)載變化的自動(dòng)頻率跟蹤和穩(wěn)定的振幅輸出功能，以及具有功率輸出連續(xù)可調(diào)的功能。
[0023]所述超聲換能器242是運(yùn)用縱振理論的波動(dòng)方程，把超聲換能器242等效為長(zhǎng)細(xì)棒的縱振模型，利用超聲換能器242前后匹配塊、電極、壓電陶瓷片之間的邊界條件，推導(dǎo)出超聲換能器的節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的頻率方程?？衫么祟l率方程設(shè)計(jì)出超聲換能器242各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。
[0024]所述變幅桿243需諧振于設(shè)計(jì)超聲換能器242的諧振頻率處，避免應(yīng)力集中問(wèn)題，尋求準(zhǔn)確的位移節(jié)面位置，通過(guò)此節(jié)面合理設(shè)計(jì)法蘭盤22，從而可以解決大功率超聲振動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)床連接部分因聲耦合造成的能量耗損、系統(tǒng)發(fā)熱等問(wèn)題。
[0025]由于目前對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工用金剛石工具的基體研究甚少，如對(duì)于工加工工具244基體的材料、加工工具244形狀參數(shù)、工具與變幅桿243的匹配(有關(guān)能量損耗)等對(duì)于加工過(guò)程及加工工具244磨損的影響亟待系統(tǒng)研究，只有這樣才能更好的利用實(shí)驗(yàn)參數(shù)，為分析能量分配、工具磨損、加工機(jī)理、材料去除模型、切削力等提供基礎(chǔ)。
[0026]通過(guò)本實(shí)用新型對(duì)超聲加工裝置與數(shù)控機(jī)床的整合、集成及優(yōu)化，使其解決了傳統(tǒng)加工技術(shù)難以滿足許多硬脆材料的加工需要和加工成本過(guò)高的問(wèn)題，推進(jìn)了新材料發(fā)展及復(fù)雜零件的推廣，提高切除效率，且本實(shí)用新型具有較高的加工穩(wěn)定性、效率及精度，有利于提升我國(guó)超聲旋轉(zhuǎn)機(jī)床自主創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0027]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，包括底座(I)、主軸加工組件(2)和立柱組件(3)，所述立柱組件(3)設(shè)置在所述底座(I)的一側(cè)，所述底座(I)上設(shè)置有用于放置被加工件的機(jī)床工作臺(tái)(4)，所述主軸加工組件(2)活動(dòng)設(shè)置在所述立柱組件(3)上，該主軸加工組件(2)位于所述機(jī)床工作臺(tái)(4)的上方，其特征在于:所述主軸加工組件(2)包括主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)(21)、法蘭盤(22)、主軸(23)及旋轉(zhuǎn)安裝在所述主軸(23)的主軸孔中的超聲加工裝置(24)，所述主軸(23)固定在所述法蘭盤(22)內(nèi)，所述主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)(21)帶動(dòng)所述超聲加工裝置(24)做豎向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，其特征在于:所述超聲加工裝置(24)包括超聲波發(fā)生器(241)、超聲換能器(242)、變幅桿(243)及加工工具(244)，所述超聲波發(fā)生器(241)與所述超聲換能器(242)電連接，所述超聲換能器(242)通過(guò)變幅桿(243)連接所述加工工具(244)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，其特征在于:所述加工工具(244)的端部設(shè)有磨料(245)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，其特征在于:所述變幅桿(243)與超聲換能器(242)通過(guò)螺紋固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，其特征在于:所述變幅桿(243)與加工工具(244)通過(guò)焊接或螺紋方式固定連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有旋轉(zhuǎn)超聲精密加工技術(shù)的數(shù)控加工中心，其特征在于:所述主軸(23)的一側(cè)設(shè)置有噴油嘴(6)。
【文檔編號(hào)】B24B1/04GK205572062SQ201620172494
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月7日
【發(fā)明人】李澤彪, 胡啟晏, 寧?kù)厦? 黃勇
【申請(qǐng)人】廣東潤(rùn)星科技股份有限公司