一种超声切削调整装置及切削方法
【技术领域】
[0001]本发明属于切削加工领域，具体涉及气凝胶超声切削调整装置及切削方法。
【背景技术】
[0002]气凝胶材料广泛地用于石油，化工和冶金行业中。但由于气凝胶材料的刚性较弱，在加工时，若切削力较大，则会破坏工件，无法加工。
[0003]而超声车削技术是在传统的车削过程中对刀具施加一个特定方向的超声频振动的加工方法，其切削力的大小和方向均呈周期性变化，这种变化改善了整个加工过程的受力情况，在超声振动的影响下，原有的静摩擦力被动摩擦力代替，使超声车削的主切削力下降到普通切削的1/10，因此可以采用超声车削来加工气凝胶材料零件。
[0004]在对气凝胶进行加工时，切削力只有十几牛顿(N)，当切削力较大时，会破坏工件，而当切削力过小时，又会导致切削效率过低。因此在对气凝胶进行加工时，切削力的实时检测与调整是车削加工气凝胶零件的关键技术。目前尚无专用的针对气凝胶超声切削调整装置。
【发明内容】
[0005]本发明中针对现有技术的不足，提出了一种超声切削调整装置及切削方法。
[0006]一种超声切削调整装置，包括箱体底板，第一轴承，轴承上端盖，第一皮带，第一带轮，丝杠螺母，丝杠螺母顶板，丝杠，立柱，滚珠丝杠箱体盖板，轴承盖板，丝杠第二轴承，蜗杆第一轴承，蜗轮蜗杆箱体，超声主轴夹具，三向力传感器，传感器固定底板，第二皮带，蜗杆第二轴承，立柱连接板，滚珠丝杠箱体，第一伺服电机，第二带轮，第二伺服电机，蜗轮阶梯轴，蜗轮第一轴承，涡轮，滚珠丝杠箱体盖板，蜗轮第二轴承，蜗轮第二轴承端盖，第二带轮。
[0007]滚珠丝杠箱体底板上开有一盲孔，用来放置丝杠用第一轴承，第一轴承外圈通过箱体底板定位，内圈固定丝杠。第一轴承的轴承上端盖通过螺栓与箱体底板相连。滚珠丝杠箱体盖板上开有一沉头孔，用来放置丝杠第二轴承，丝杠第二轴承的上端通过轴承盖板固定。丝杠第二轴承外圈通过滚珠丝杠箱体盖板定位，内圈固定丝杠。丝杠的一端通过平键与第一带轮连接；第一伺服电机通过螺栓固定在滚珠丝杠箱体外壳上，第一伺服电机的输出轴通过第一皮带带动第一带轮。两根立柱底端通过螺栓与滚珠顶板连接，两根立柱另一端穿过滚珠丝杠箱体盖板，通过螺栓与立柱连接板相连，立柱连接板通过螺栓与蜗轮蜗杆箱体固定连接。滚珠顶板通过螺栓连接在丝杠螺母上。滚珠丝杠箱体侧板一端通过螺栓与丝杠箱体底板连接，另一端通过螺栓与滚珠丝杠箱体盖板连接，滚珠丝杠箱体一侧安装有燕尾槽，丝杠螺母顶板与燕尾槽配合连接，蜗轮蜗杆箱体的一个侧面板上开有一盲孔，用以放置蜗轮第一轴承，第一轴承的外圈通过蜗轮蜗杆箱体定位，第一轴承的内圈固定蜗轮阶梯轴。蜗轮蜗杆箱体上与开有盲孔的侧面板相对应的侧面板通过螺栓与带有通孔的滚珠丝杠箱体盖板连接，该通孔用以放置蜗轮第二轴承，滚珠丝杠箱体盖板上通孔的一侧固定有涡轮第二轴承端盖，涡轮第二轴承的外圈通过滚珠丝杠箱体盖板定位，内圈固定涡轮轴。蜗轮蜗杆箱体的另外两个侧板上分别开有一个盲孔，用以放置蜗杆第一轴承、蜗杆第二轴承，第一轴承、蜗杆第二轴承的外圈分别通过蜗轮蜗杆箱体定位，蜗杆第一轴承、蜗杆第二轴承的内圈分别在两端固定蜗杆。蜗轮蜗杆通过第二皮带传递扭矩。蜗杆的一端通过平键与第二带轮连接，第二伺服电机通过螺栓固定在蜗轮蜗杆箱体上，第二伺服电机的输出轴通过第二皮带带动第二带轮。蜗轮阶梯轴通过平键与传感器固定底板连接，三向力传感器通过螺栓固定在传感器固定底板上，超声主轴外壳夹具通过螺栓固定在三向力传感器上。超声主轴通过夹具上方的螺栓预紧。
[0008]一种超声切削调整装置的切削方法，具体包括以下步骤:
第一步，先将气凝胶零件安装在车床主轴夹具上，再将本发明装置通过车床刀架的纵向进给机构移动至距离零件合适位置。开启第一伺服电机并通过第一皮带传动，带动固定在丝杠上面的第一带轮转动，以带动滚珠丝杠传动副中的滚珠顶板垂直上升，带动滚珠顶板上两个立柱，穿过滚珠丝杠箱体的上盖板推动整个蜗轮蜗杆箱体上升，当蜗轮蜗杆箱体上夹持的超声主轴升高至距离零件合适位置时，第一伺服电机停止转动。
[0009]开启第二伺服电机，通过第二皮带及第二带轮传动以带动蜗杆旋转，蜗杆两端装有蜗杆用第一轴承、第二轴承保证蜗杆能够始终沿自身轴线转动，通过蜗轮蜗杆啮合的方式带动涡轮转动，涡轮通过涡轮阶梯轴连接着分别在箱体及箱体盖板上安装的涡轮用第一轴承、第二轴承以保证沿自身轴线转动，涡轮通过阶梯轴连接传感器固定底板转动，而超声主轴外壳夹具底部通过螺栓将三向力传感器固定在底板上，从而，夹具夹持超声主轴沿阶梯轴轴线旋转。当超声主轴的切削工具逐步旋转至靠近气凝胶零件时，第二伺服电机停止转动。
[0010]此时，整个切削装置处于准备加工位置。
[0011]第二步，开启车床，车床主轴带动气凝胶零件旋转，开启第二伺服电机，带动超声主轴切削工具转动至刚刚接触零件位置时，此时对刀完毕，停止第二伺服电机转动，移动车床溜板箱使整个切削装置远离零件。开启第一伺服电机，使之带动超声主轴下降至一定高度时停止转动，此下降高度定义为进行一次超声车削时的进给量。
[0012]控制车床溜板箱前进并开始加工，加工过程中，依据所需零件的不同外形尺寸，实时开启第一伺服电机，使之带动超声主轴切削工具升高或降低，以满足切削要求。同时，超声主轴外壳夹具下方固定的三向力传感器在加工过程中实时向PLC反馈电压信号，当检测到的电压信号超过安全电压最高值即切削力过大时，PLC控制开启第二伺服电机，带动超声主轴朝远离零件方向缓慢转动，转动过程中，当电压信号回归至安全电压范围内时，PLC控制第二伺服电机停止转动。同理，当检测到的电压信号低于安全电压最低值时，PLC控制开启第二伺服电机，带动超声主轴朝靠近零件方向缓慢转动，转动过程中，当电压信号回归至安全电压范围内时，PLC控制第二伺服电机停止转动。
[0013]第三步，当零件加工完成后，控制车床刀架及溜板箱朝远离零件方向移动。开启第一伺服电机、第二伺服电机将切削装置回归初始位置即超声主轴下降至最低位置且摆角转至O °，停止第一伺服电机、第二伺服电机转动，加工完毕。
[0014]本发明的有益效果为:本发明中的超声切削调整装置，能够在切削过程中实时调整切削力大小，适用于弱刚度零件加工，可提高加工精度，提高加工效率。
【附图说明】
[0015]图1是超声切削装置主视图；
图2是超声切削装置左视图；
图3 (a)是超声切削装置剖面图A-A ；
图3 (b)是超声切削装置剖面图B-B ；
图3 (c)是超声切削装置剖面图C-C ;
图3 (d)是超声切削装置局部剖面图D。
【具体实施方式】
[0016]如图1、图2所示，一种超声切削调整装置，包括箱体底板1，第一轴承2，轴承上端盖3，第一皮带4，第一带轮5，丝杠螺母6，丝杠螺母顶板7，丝杠8，立柱9，滚珠丝杠箱体盖板10，轴承盖板11，丝杠第二轴承12，蜗杆第一轴承13，蜗轮蜗杆箱体14，超声主轴夹具15，三向力传感器16，传感器固定底板17，第二皮带18，蜗杆第二轴承19，立柱连接板20，滚珠丝杠箱体21，第一伺服电机22，第二带轮23，第二伺服电机24，蜗轮阶梯轴25，蜗轮第一轴承26，涡轮27，滚珠丝杠箱体盖板28，蜗轮第二轴承29，蜗轮第二轴承端盖30，第二带轮31ο
[0017]滚珠丝杠箱体底板I上开有一盲孔，用来放置丝杠用第一轴承2，该轴承外圈通过箱体底板I定位，内圈固定丝杠8。第一轴承2的轴承上端盖3通过螺栓与箱体底板I相连。滚珠丝杠箱体盖板10上开有一沉头孔，用来放置丝杠第二轴承12，丝杠第二轴承12的上端通过轴承盖板11固定。丝杠第二轴承12外圈通过滚珠丝杠箱体盖板10定位，内圈固定丝杠8。丝杠8的一端通过平键与第一带轮5连接；第一伺服电机22通过螺栓固定在滚珠丝杠箱体外壳21上，第一伺服电机22的输出轴通过第一皮带4带动第一带轮5。两根立柱9底端通过螺栓与滚珠顶板7连接，两根立柱9另一端穿过滚珠丝杠箱体盖板10，通过螺栓与立柱连接板20相连，立柱连接板20通过螺栓与蜗轮蜗杆箱体14固定连接。滚珠顶板7通过螺栓连接在丝杠螺母6上。滚珠丝杠箱体侧板一端通过螺栓与丝杠箱体底板I连接，另一端通过螺栓与滚珠丝杠箱体盖板10连接，滚珠丝杠箱体一侧安装有燕尾槽，丝杠螺母顶板与燕尾槽配合连接，蜗轮蜗杆箱体14的一个侧面板上开有一盲孔，用以放置蜗轮第一轴承26，第一轴承26的外圈通过蜗轮蜗杆箱体14定位，第一轴承26的内圈固定蜗轮阶梯轴。蜗轮蜗杆箱体14上与开有盲孔的侧面板相对应的侧面板通过螺栓与带有通孔的滚珠丝杠箱体盖板28连接，该通孔用以放置蜗轮第二轴承29，滚珠丝杠箱体盖板28上通孔的一侧固定有涡轮第二轴承端盖30，涡轮第二轴承29的外圈通过滚珠丝杠箱体盖板28定位，内圈固定涡轮轴。蜗轮蜗杆箱体14的另外两个侧板上分别开有一个盲孔，用以放置蜗杆第一轴承13、蜗杆第二轴承19，第一轴承13、蜗杆第二轴承19的外圈