一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置及方法
2023-05-06 18:33:51 3
專利名稱：一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置及方法
技術領域：
本發明涉及刀具安裝領域，尤其涉及一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置及方法。
背景技術：
蜂窩材料現有的加工設備有五軸聯動龍門式加工中心、五軸數控立式銑床，而加工精度更高的超聲波六軸/五軸龍門式數控銑床是最適合蜂窩材料的加工設備。在國內，目前還沒有現成的超聲波數控銑床，此項技術仍處於研發階段。超聲波聲學系統是數控超聲波銑床的核心部件之一，超聲波聲學系統上變幅杆和換能器是通過螺栓緊固在一起的，圓盤刀通過六角螺栓擰緊在變幅杆上。而初始擰緊六角螺栓的方法是當超聲波聲學系統處於五軸加工中心的銑頭中時，通過手動擰緊完成。傳統的刀具裝配過程存在以下缺點:
1)超聲波聲學系統受扭轉力矩作用，與主軸發生相對位移，破壞導軌性能，降低銑床加工精度；
2)變幅杆是通過圓錐變幅杆和階梯型變幅杆複合而成，並通過變幅杆的法蘭盤節點處固定；並且，複合型變幅杆輸出端與節點距離很大，類似懸臂梁結構。因此，在擰緊的過程中，變幅杆擰緊端易發生扭轉變形；
3)如果擰緊的扭矩過大，則易對螺栓的內螺紋造成破壞，甚至導致螺栓斷裂；如果擰緊的扭矩太小，則聲學系統不能正常工作，甚至刀具與變幅杆發生脫離；
4)在傳統裝配過程中，至少需要一人來固定變幅杆的輸出端，一人進行螺栓的擰緊工作，致使操作複雜，容易出現偏差，易對設備造成損壞
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提出了一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置及方法。本發明一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置，包括固定臺、第一伺服電機、聯軸器、滾珠絲槓、立柱、滾動軸承、軸承端蓋、箱體、第二伺服電機、扭矩傳感器、端蓋、內六角扳手、圓盤刀、第一螺栓、夾持鉗、夾持氣缸、套筒、支撐臺、第三螺栓、六角螺母、變幅杆、法蘭盤、第二螺栓、夾心式壓電換能器、支撐座、第四螺栓、滑動軸承和滑塊；
所述的固定臺為工字結構，其下端面的四個角由四個螺栓固定；固定臺上檯面中心開有圓柱孔，上端面的一側有立柱，立柱通過個對稱安裝的螺栓與固定臺固定連接；立柱內部設有滾珠絲槓，滾珠絲槓的下端通過聯軸器與第一伺服電機的輸出軸連接；在滾珠絲槓上端通過滾動軸承與立柱固定，並有軸承端蓋密封；
箱體與滑塊固接，滑塊設置在立柱上，滑塊通過滾珠螺母與滾珠絲槓連接，並與立柱滑動連接；箱體上端設置有第二伺服電機，第二伺服電機的輸出軸通過聯軸器與扭矩傳感器相連，用於檢測力矩大小；扭矩傳感器通過聯軸器與六角扳手連接，箱體由端蓋密封。內六角扳手的正下方設有超聲波聲學系統，所述的超聲波聲學系統包括夾心式壓電換能器、變幅杆、法蘭盤、圓盤刀、第一螺栓和第二螺栓；夾心式壓電換能器通過支撐座固定在固定臺的圓柱孔內，夾心式壓電換能器的輸出端通過第二螺栓變幅杆的輸入端連接；變幅杆的輸出端通過第一螺栓與圓盤刀的連接面連接，並通過法蘭盤與固定臺的上底面連接;
支撐臺通過第三螺栓和六角螺母緊固於固定臺上平面，且位於以變幅杆為中心，與立柱相對應的另一側。第四螺栓穿過夾持鉗的中心孔以及用於支撐夾持鉗的套筒，將二者固定在支撐臺上；套筒有階梯面，下端面直徑較大，夾持鉗的鉸接處有滑動軸承；在夾持鉗尾端，裝有夾持氣缸，用於夾持鉗的張開和夾緊。夾持鉗的夾持端位於變幅杆的外側。本發明一種超聲波切割刀恆扭矩裝配方法，該方法包括以下步驟:
步驟一:變幅杆和夾心式壓電換能器通過第二螺栓相連，形成整個超聲波聲學裝置；步驟二:將超聲波聲學裝置裝入固定臺中部深孔中；在深孔邊緣有兩個對稱凸點，利用變幅杆節點法蘭盤上的周向凹口來定位超聲波聲學裝置的圓周角度，而底部通過支撐座來輔助支撐和固定超聲波聲學裝置；當感應器收到信號之後，通過PLC發出信號，使夾持氣缸收縮，夾持鉗夾緊變幅杆的頸部，而夾持鉗通過螺栓和套筒固定於支撐臺上；
步驟三:第一伺服電機轉動，滾珠絲槓旋轉，降下內六角扳手，第二伺服電機轉動，通過第一螺栓將圓盤刀與變幅杆擰緊；當擰緊之後，扭矩隨之上升，扭矩傳感器檢測扭矩達到指定數值，發出信號，停止第二伺服電機，第一私伺服電機反轉，內六角扳手上升。本發明與現有技術相比具有的有益效果:
1)扭力更加準確，並且扭矩值在擰緊的過程中保持不變；
2)擰緊的過程中，連貫、合理、準確的操作對變幅杆的損傷更小；
3)將主軸安裝在銑床之前完成刀具的裝配，保證加工精度；
4)方便快捷，操作簡單；
5)生產成本低。
圖1是超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置的裝配流程 圖2(a)是超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置的主視 圖2(b)是超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置的俯視 圖3是本發明的夾持鉗與變幅杆處於夾緊時的狀態圖。圖中，固定臺1、第一伺服電機2、聯軸器3、滾珠絲槓4、立柱5、滾動軸承6、軸承端蓋7、箱體8、第二伺服電機9、扭矩傳感器10、端蓋11、內六角扳手12、圓盤刀13、第一螺栓14、夾持鉗15、夾持氣缸16、套筒17、支撐臺18、第三螺栓19、六角螺母20、變幅杆21、法蘭盤22、第二螺栓23、夾心式壓電換能器24、支撐座25、第四螺栓26、滑動軸承27、滑塊28。
具體實施例方式如圖2 (a)、圖2 (b)所示，本發明一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置，包括固定臺
1、第一伺服電機2、 聯軸器3、滾珠絲槓4、立柱5、滾動軸承6、軸承端蓋7、箱體8、第二伺服電機9、扭矩傳感器10、端蓋11、內六角扳手12、圓盤刀13、第一螺栓14、夾持鉗15、夾持氣缸16、套筒17、支撐臺18、第三螺栓19、六角螺母20、變幅杆21、法蘭盤22、第二螺栓23、夾心式壓電換能器24、支撐座25、第四螺栓26、滑動軸承27和滑塊28 ；
所述的固定臺I為工字結構，其下端面的四個角由四個螺栓固定；固定臺I上檯面中心開有圓柱孔，上端面的一側有立柱5，立柱5通過4個對稱安裝的螺栓與固定臺I固定連接；立柱5內部設有滾珠絲槓4，滾珠絲槓4的下端通過聯軸器3與第一伺服電機2的輸出軸連接；在滾珠絲槓4上端通過滾動軸承6與立柱5固定，並有軸承端蓋7密封；
箱體8與滑塊28固接，滑塊28設置在立柱5上，滑塊28通過滾珠螺母與滾珠絲槓4連接，並與立柱5滑動連接；箱體8上端設置有第二伺服電機9，第二伺服電機9的輸出軸通過聯軸器與扭矩傳感器10相連，用於檢測力矩大小；扭矩傳感器10通過聯軸器與六角扳手12連接，箱體8由端蓋11密封。內六角扳手12的正下方設有超聲波聲學系統,所述的超聲波聲學系統包括夾心式壓電換能器24、變幅杆21、法蘭盤22、圓盤刀13、第一螺栓14和第二螺栓23 ;夾心式壓電換能器24通過支撐座25固定在固定臺I的圓柱孔內，夾心式壓電換能器24的輸出端通過第二螺栓23與變幅杆21的輸入端連接；變幅杆21的輸出端通過第一螺栓14與圓盤刀13的連接面連接，並通過法蘭盤22與固定臺I的上底面連接；
支撐臺18通過第三螺栓19和六角螺母20緊固於固定臺I上平面，且位於以變幅杆21為中心，與立柱5相對應的另一側；
如圖3所示，第四螺栓26穿過夾持鉗15的中心孔以及用於支撐夾持鉗15的套筒17，將二者固定在支撐臺18上；套筒17有階梯面，下端面直徑較大，夾持鉗的鉸接處有滑動軸承27 ;在夾持鉗15尾端，裝有夾持氣缸16，用於夾持鉗的張開和夾緊，並由兩個螺栓固定。夾持鉗的夾持端位於變幅杆21的外側。如圖1所示，變幅杆21和夾心式壓電換能器24通過第二螺栓23相連，形成整個超聲波聲學裝置；其次，將超聲波聲學裝置裝入固定臺I中部深孔中，底部通過支撐座25來輔助支撐和固定超聲波聲學 裝置；當固定好之後，感應器收到信號，傳送給PLC，PLC發出信號，使夾持氣缸16收縮，夾持鉗15將變幅杆21夾緊，而夾持鉗15通過第四螺栓26和套筒17固定於支撐臺18上；與此同時，第一伺服電機2轉動，滾珠絲槓4旋轉，降下內六角扳手12，第二伺服電機9轉動，通過第一螺栓14將圓盤刀13與變幅杆21擰緊；當擰緊之後，扭矩隨之上升，扭矩傳感器10檢測內六角扳手12扭矩達到指定數值，發出信號，停止第二伺服電機9,第一伺服電機2反轉，內六角扳手12上升。
權利要求
1.一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置，包括固定臺、第一伺服電機、聯軸器、滾珠絲槓、立柱、滾動軸承、軸承端蓋、箱體、第二伺服電機、扭矩傳感器、端蓋、內六角扳手、圓盤刀、第一螺栓、夾持鉗、夾持氣缸、套筒、支撐臺、第三螺栓、六角螺母、變幅杆、法蘭盤、第二螺栓、夾心式壓電換能器、支撐座、第四螺栓、滑動軸承和滑塊； 其特徵在於所述的固定臺為工字結構，其下端面的四個角由四個螺栓固定；固定臺上檯面中心開有圓柱孔，上端面的一側有立柱，立柱通過個對稱安裝的螺栓與固定臺固定連接；立柱內部設有滾珠絲槓，滾珠絲槓的下端通過聯軸器與第一伺服電機的輸出軸連接；在滾珠絲槓上端通過滾動軸承與立柱固定，並有軸承端蓋密封； 箱體與滑塊固接，滑塊設置在立柱上，滑塊通過滾珠螺母與滾珠絲槓連接，並與立柱滑動連接；箱體上端設置有第二伺服電機，第二伺服電機的輸出軸通過聯軸器與扭矩傳感器相連，用於檢測力矩大小；扭矩傳感器通過聯軸器與六角扳手連接，箱體由端蓋密封； 內六角扳手的正下方設有超聲波聲學系統，所述的超聲波聲學系統包括夾心式壓電換能器、變幅杆、法蘭盤、圓盤刀、第一螺栓和第二螺栓；夾心式壓電換能器通過支撐座固定在固定臺的圓柱孔內，夾心式壓電換能器的輸出端通過第二螺栓變幅杆的輸入端連接；變幅杆的輸出端通過第一螺栓與圓盤刀的連接面連接，並通過法蘭盤與固定臺的上底面連接；支撐臺通過第三螺栓和六角螺母緊固於固定臺上平面，且位於以變幅杆為中心，與立柱相對應的另一側； 第四螺栓穿過夾持鉗的中心孔以及用於支撐夾持鉗的套筒，將二者固定在支撐臺上；套筒有階梯面，下端面直徑較大，夾持鉗的鉸接處有滑動軸承；在夾持鉗尾端，裝有夾持氣缸，用於夾持鉗的張開和夾緊；夾持鉗的夾持端位於變幅杆的外側。
2.一種超聲波切割刀恆扭矩裝配方法，該方法包括以下步驟 步驟一變幅杆和夾心式壓電換能器通過第二螺栓相連，形成整個超聲波聲學裝置；步驟二 將超聲波聲學裝置裝入固定臺中部深孔中；在深孔邊緣有兩個對稱凸點，利用變幅杆節點法蘭盤上的周向凹口來定位超聲波聲學裝置的圓周角度，而底部通過支撐座來輔助支撐和固定超聲波聲學裝置；當感應器收到信號之後，通過PLC發出信號，使夾持氣缸收縮，夾持鉗夾緊變幅杆的頸部，而夾持鉗通過螺栓和套筒固定於支撐臺上； 步驟三第一伺服電機轉動，滾珠絲槓旋轉，降下內六角扳手，第二伺服電機轉動，通過第一螺栓將圓盤刀與變幅杆擰緊；當擰緊之後，扭矩隨之上升，扭矩傳感器檢測扭矩達到指定數值，發出信號，停止第二伺服電機，第一私伺服電機反轉，內六角扳手上升。
全文摘要
本發明公開了一種超聲波切割刀恆扭矩裝配裝置及方法。它包括驅動電機、聯軸器、滾珠絲槓、固定臺、立柱、滑塊、箱體、扭矩傳感器、內六角扳手、夾持鉗、夾持氣缸和超聲波聲學系統；超聲波聲學系統包括夾心式壓電換能器、變幅杆、法蘭盤、圓盤刀；變幅杆和圓盤刀通過第一螺栓相連，夾心式壓電換能器和變幅杆通過第二螺栓相連；超聲波聲學系統放入固定臺中，通過法蘭盤周向定位並觸發觸動開關，單片機發出指令使夾持氣缸伸開，夾持鉗夾住變幅杆頸部，內六角扳手降下，擰緊六角螺釘，並由測力矩傳感器測出力矩大小，達到給定力矩立刻停止電機。本發明操作簡單，能夠有效的代替人力進行圓盤刀的固定和擰緊，減少變幅杆的損傷，扭轉力矩值更準確。
文檔編號B23P21/00GK103252646SQ201310202198
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月27日 優先權日2013年5月27日
發明者張雲電, 肖健雄, 沈瑩鑌 申請人:杭州電子科技大學