具有在线测量功能的微孔超声加工机床的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于特种加工设备技术，涉及一种具有在线测量功能的微孔超声加工机床。
【背景技术】
[0002]目前，微孔加工技术现已广泛应用于喷气发动机喷嘴、电子计算机打印头、印刷电路板、电视机障板、天象仪星孔板、航空陀螺仪表元件、飞机透平叶片以及医疗器械中的红血球细胞过滤器等零部件的加工领城。
[0003]到目前为止，微孔加工的方法约有50种之多，大致可分为机械加工和特种加工两大类。各种不同的加工方法各具特色。不同的加工方法适用于不同的材料、精度、粗糙度和微小孔尺寸。
[0004]金刚石、陶瓷、玻璃等硬脆性材料被越来越广泛的应用。特别是金属微丝的应用使金刚石微孔拉拔模具快速发展，在这种背景下，微孔超声加工成为了一种很有效的加工方式。
[0005]目前的微孔超声加工工艺普遍采用模具浮动定心的加工方式来实现加工中心的对准和加工压力的调整。模具浮动定心的加工方式，是指待加工模具底部贴于工作台面，但不固定，靠工具针来找准加工中心，并利用弹簧弹力或磁铁斥力等提供工作压力。工作压力的大小通过工具针进给量的改变来调节。在加工前，靠目测将工具针调整至工作台中心，用工具针针尖顶住模具内孔下压，产生加工压力，在工作台旋转后进行微调。对于微孔加工，工具针的尺寸较小，工具针和模具很难对中于旋转工作台，这样的加工方法在动态调整中容易出现折针的情况。对于孔径在0.05_左右的孔采用这种方法还可以勉强进行加工，而对于孔径小于0.03mm的微孔时，采用这种方法加工中会频繁折针，使加工过程无法正常进行。而现有技术中，尚没有其他更好地解决方案。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够对微孔加工过程进行在线测量，并且结构简单、操作方便、加工精度高的具有在线测量功能的微孔超声加工机床。
[0007]本发明具有在线测量功能的微孔超声加工机床，包括机床底座、安装于机床底座前部的工具针三维调节装置、由工具针三维调节装置调节其位置的超声加工组件、安装在机床底座中部的模具旋转装置和用于驱动模具旋转装置的旋转电机；
所述模具旋转装置上安装有能够调节模具位置的模具微调装置；
所述超声加工组件包括有依次连接的超声换能器、变幅杆和工具针；换能器安装在用于固定换能器和散热的换能器固定装置上；
所述工具针三维调节装置上连接能够调节超声加工工作压力的压力调节装置；
在机床底座后部安装有独立于机床底座的能够拍摄、测量加工区域的测量校正装置。
[0008]所述在线测量校正装置包括能够拍摄加工区域影像的CCD摄像头和与CCD摄像头信号连接的CRT屏幕；所述CCD摄像头能够通过设置在模具旋转装置和模具微调装置中间的通孔直接观察加工区域；所述CRT屏幕上设有可调节位置的十字叉丝，在调心过程中作为基准。
[0009]所述工具针三维调节装置包括粗调机构和微调机构两级调节机构；所述粗调机构包括长度方向位移台，可方便地更换超声系统工具针和装卡工件。所述微调机构由两个平移台和一个升降台组成，实现长、宽、高三个方向的精密调节。
[0010]所述模具微调装置包括有模具微调装置底座和均匀分布于所述调模具微调装置底座的一个弹簧顶杆和两个螺纹顶杆。
[0011]所述压力调节装置包括均力弹簧组和由动导轨和定导轨组成的交叉滚子导轨副；所述定导轨固定于所述工具针三维调节装置上，所述动导轨与换能器相连；所述均力弹簧组由一根均力拉簧和三根均力压簧组成；所述均力压簧前端顶于所述工具针三维调节装置，后端顶于所述动导轨的安装件上；所述拉簧前端连接于所述工具针三维调节装置，后端连接于所述动导轨的安装件上。
[0012]本发明的机床还包括固定于所述CCD摄像头上的照明装置，所述照明装置聚焦于加工区域。
[0013]本发明对于现有技术中，模具浮动定心方法在加工孔径< 0.03mm的微孔时频繁折针的问题，提供了一种用于硬脆性材料加工孔径< 0.03mm的微孔加工的超声加工装置。该装置基于在线测量功能提供了一种将微孔空心与工具针针尖分别对心于旋转工作台中心的调心方式，利用工具针三维调节装置和模具微调装置，能够准确的实现空心和工具针针尖与旋转台中心位置的重合，提高了加工过程的可靠性；本发明的机床整体采用卧式结构，CCD摄像头可以直接观察加工区域，省去了光学导环节，大大地简化了在线测量装置的结构。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明所述工具针三维调节装置的结构示意图；
图3是本发明所述压力调节装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
[0016]如图1所示，I是机床底座，在机床底座I上固定有工具针三维调节装置2和机床立柱13，在工具针三维调节装置2顶面上装有压力调节装置3，和超声加工组件。超声加工系统包括换能器4，变幅杆5和工具针6。在机床立柱上装有模具旋转装置8和旋转电机12。其中旋转电机12直接驱动模具旋转装置8转动。在模具旋转装置8上装有模具微调装置7。此外，本发明的机床还包括独立于机床底座的在量校正装置11，用于显示图像的CRT屏幕9。CRT屏幕9上设有可以调节的十字叉丝10。
[0017]如图2所示，所述工具针三维调节装置2包括粗调机构和微调机构两级调节机构。粗调功能由长度方向位移台实现，通过调节电机18带动丝杠和导轨可以做快速、大行程的调节，方便地更换超声系统工具针和装卡工件。微调机构由两个平移台和一个升降台组成，三个调节装置分别设置在三个相互垂直的方向上(长度方向、宽度方向和高度方向)。每个调节装置设有一个用于调节手柄，包括长度方向调节手柄20、宽度方向调节手柄21和高度方向调节手柄19。通过转动长宽高三个方向上的调节手柄，带动压力调节装置3、换能器4、变幅杆5和工具针6在长宽高三个方向上移动。长度方向调节手柄20用于调节工具针6的纵向进给并施加工作压力。宽度方向调节手柄21和高度方向调节手柄19用于调节工具针6在竖直面内的位置，使其与模具中心和模具旋转台旋转中心重合。
[0018]在工具针三维调节装置2的顶面上装有压力调节装置3，用于均匀柔和地调节工作压力的大小。工具针三维调节装置2的底面与机床底座I连接。
[0019]如图3所示，压力调节装置3包括均力弹簧组和由动导轨15和定导轨14组成的交叉滚子导轨副；所述定导轨14固定于所述工具针三维调节装置上，所述动导轨15与