超声波加工装置和数控机床的制作方法

文档序号:10884755阅读:877来源:国知局
超声波加工装置和数控机床的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声波加工装置和数控机床,所述超声波加工装置包括:用于接收超声波信号并根据所述超声波信号发生振动的超声波电主轴,用于向所述超声波电主轴发送所述超声波信号的超声波发生装置,以及用于控制所述超声波电主轴的运转并与所述超声波发生装置进行信号交互以控制所述超声波发生装置发出超声波信号的数控系统,所述超声波发生装置分别与所述数控系统和所述超声波电主轴电连接。从而,通过利用数控机床的数控系统来配合超声波发生装置和超声波电主轴,实现了超声波振动切削加工,保证了加工的稳定性、高精度性和高安全性,能够轻松应对普通机床难以加工的工件和材料,既提高了加工质量,又提高了加工效率。
【专利说明】
超声波加工装置和数控机床
技术领域
[0001]本实用新型涉及数控加工技术领域,尤其是涉及一种超声波加工装置和数控机床。
【背景技术】
[0002]数控机床由于采用微计算机控制整个操作过程,因此,具有自动化程度高、测量数据稳定可靠、操作简单等优点。然而,现有的数控机床在面对材料硬度高、工艺复杂、高精度高表面质量的工件时,加工起来则比较困难,会出现加工质量不理想,加工效率低下的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的主要目的在于提供一种超声波加工装置和数控机床,旨在解决数控机床难以加工材料硬度高、工艺复杂、高精度高表面质量的工件,提高加工质量和加工效率。
[0004]为达以上目的,本实用新型提出一种超声波加工装置,应用于数控机床,包括:用于接收超声波信号并根据所述超声波信号发生振动的超声波电主轴,用于向所述超声波电主轴发送所述超声波信号的超声波发生装置,以及用于控制所述超声波电主轴的运转并与所述超声波发生装置进行信号交互以控制所述超声波发生装置发出超声波信号的数控系统,所述超声波发生装置分别与所述数控系统和所述超声波电主轴电连接。
[0005]优选地,所述数控系统包括:用于检测到所述超声波电主轴准备就绪后向所述超声波发生装置发送第一控制信号以控制所述超声波发生装置对所述超声波电主轴进行扫频的第一控制单元,以及用于接收到所述超声波发生装置反馈的准备就绪信号后启动所述超声波电主轴并向所述超声波发生装置发送第二控制信号以控制所述超声波发生装置发出所述超声波信号的第二控制单元。
[0006]优选地,所述第一控制单元通过控制第一继电器接点短路预设时间后再断开并维持开路状态来向所述超声波发生装置发送所述第一控制信号。
[0007]优选地,所述第二控制单元通过控制第二继电器接点短路并维持短路状态来向所述超声波发生装置发送所述第二控制信号。
[0008]优选地,所述超声波发生装置通过控制所述第三继电器接点短路并维持短路状态来向所述数控系统反馈所述准备就绪信号。
[0009]优选地,所述数控系统还包括用于接收到所述超声波发生装置反馈的报警信号后向所述超声波发生装置发送第三控制信号以控制所述超声波发生装置停止发出所述超声波信号的第三控制单元。
[0010]优选地,所述第三控制单元通过控制第二继电器接点断开并维持开路状态来向所述超声波发生装置发送所述第三控制信号。
[0011]优选地,所述超声波发生装置通过控制第四继电器接点短路预设时间后再断开并维持开路状态来向所述数控系统反馈所述报警信号。
[0012]优选地,所述超声波发生装置通过控制第五继电器接点短路或断开来向所述数控系统反馈所述超声波电主轴的发振状态。
[0013]本实用新型同时提出一种数控机床,所述数控机床包括一超声波加工装置,所述超声波加工装置包括:用于接收超声波信号并根据所述超声波信号发生振动的超声波电主轴,用于向所述超声波电主轴发送所述超声波信号的超声波发生装置,以及用于控制所述超声波电主轴的运转并与所述超声波发生装置进行信号交互以控制所述超声波发生装置发出超声波信号的数控系统,所述超声波发生装置分别与所述数控系统和所述超声波电主轴电连接。
[0014]本实用新型所提供的一种超声波加工装置,通过利用数控机床的数控系统来配合超声波发生装置和超声波电主轴,实现了超声波振动切削加工。保证了加工的稳定性、高精度性和高安全性,能够轻松应对普通机床难以加工的工件和材料,既提高了加工质量,又提高了加工效率。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的超声波加工装置一实施例的模块示意图;
[0016]图2是本实用新型实施例的超声波加工装置进行超声波加工时各主体的信号交互示意图;
[0017]图3是本实用新型实施例中超声波发生装置执行扫频时的信号时序图;
[0018]图4是本实用新型实施例中数控系统的模块示意图。
[0019]本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0020]应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0021]参见图1、图2,提出本实用新型的超声波加工装置一实施例,所述超声波加工装置主要应用于数控机床,包括数控系统、超声波发生装置和超声波电主轴,超声波发生装置分别与数控系统和超声波电主轴电连接,其中:
[0022]数控系统:用于控制超声波电主轴的运转,并与超声波发生装置进行信号交互,控制超声波发生装置发出超声波信号。
[0023]超声波发生装置:用于与数控系统进行信号交互,在数控系统的控制下向超声波电主轴发送超声波信号。
[0024]优选地,数控系统与超声波发生装置通过继电器(Relay)进行信号交互,如通过控制继电器接点短路或/和断开来传送信号。
[0025]超声波电主轴:用于在数控系统的控制下进行运转,接收超声波信号,根据超声波信号发生振动,对工件进行超声波加工。具体的,超声波电主轴将超声波信号转化为机械振动,使得安装于超声波电主轴上的刀具发振,利用刀具的振动实现对工件的超声波加工。
[0026]如图3所示,数控系统包括第一控制单元和第二控制单元,其中:
[0027]第一控制单元:用于当检测到超声波电主轴准备就绪后,向超声波发生装置发送第一控制信号,以控制超声波发生装置对超声波电主轴进行扫频。例如,第一控制单元检测到超声波电主轴安装上夹头或刀具并且确认夹头或刀具确实夹于超声波电主轴上时,才发送第一控制信号(或称换刀信号)给超声波发生装置执行扫频动作,保证操作的安全性。
[0028]第一控制单元可以通过硬件方式来实现第一控制信号的发送,例如,通过控制第一继电器接点短路预设时间(如I秒)后再断开并维持开路状态来向超声波发生装置发送第一控制信号。当然,第一控制单元也可以像现有技术那样通过软件方式来实现第一控制信号的发送,在此不再赘述。
[0029]超声波发生装置接收到第一控制信号后,立即对超声波电主轴进行扫频。具体的,如图4所示,超声波发生装置首先生成触发信号,经内部模块将触发信号转化为一定频率范围(如17-27.8KHZ)的脉冲信号后循环发送给超声波电主轴,接收超声波电主轴的回响信号,超声波电主轴的回响电平输出保持激磁。
[0030]进一步地,当超声波发振系统接通电源(AC220V/单相/10A)预设时间(如5秒)以后,数控系统才向超声波发生装置发送第一控制信号,保证操作的安全性。
[0031]进一步地,当超声波发生装置接通电源(电源由OFF到0N)时,无论超声波电主轴需要重新换刀还是使用当前的刀具和夹头,都必须发送第一控制信号给超声波发生装置执行扫频动作,保证操作的安全性。
[0032]第二控制单元:用于当接收到超声波发生装置反馈的准备就绪信号(READY信号)后,启动超声波电主轴,使得超声波电主轴开始运转(如启动电机,通过电机驱动超声波电主轴旋转),并向超声波发生装置发送第二控制信号,以控制超声波发生装置发出超声波信号。
[0033]第二控制单元可以通过硬件方式来实现第二控制信号的发送。例如,通过控制第二继电器接点激磁动作,使得接点短路并维持短路状态来向超声波发生装置发送第二控制信号,使得装置立即开始超声波加工;反之,当第二继电器接点断开保持开路状态,则装置立即停止超声波加工。当然,第二控制单元也可以像现有技术那样通过软件方式来实现第二控制信号的发送,在此不再赘述。
[0034]超声波发生装置根据回响信号确定频率,扫频结束后锁定频率,向数控系统反馈准备就绪信号。超声波发生装置可以通过硬件方式来实现准备就绪信号的反馈。例如,通过控制第三继电器接点激磁动作,使得接点短路并维持短路状态来向数控系统反馈准备就绪信号,此时装置才可以进行超声波加工;反之,当第三继电器接点为开路状态时,装置不能进行超声波加工。当然,超声波发生装置也可以像现有技术那样通过软件方式来实现准备就绪信号的反馈,在此不再赘述。
[0035]进一步地,数控系统还包括第三控制单元,第三控制单元用于:当接收到超声波发生装置反馈的报警信号后,向超声波发生装置发送第三控制信号,以控制超声波发生装置停止发出超声波信号,同时控制超声波电主轴停止运转。待手动复位数控系统后,第一控制单元重新发送第一控制信号给超声波发生装置进行扫频,以确认超声波电主轴上的刀具是否有异常发生。
[0036]第三控制单元可以通过硬件方式来实现第三控制信号的发送。例如,通过控制第二继电器接点断开并维持开路状态来向超声波发生装置发送第三控制信号,使得装置立即停止超声波加工。当然,第三控制单元也可以像现有技术那样通过软件方式来实现第三控制信号的发送,在此不再赘述。
[0037]超声波发生装置可以通过硬件方式来实现报警信号的反馈。例如,通过控制第四继电器接点短路预设时间(如I秒)后再断开并维持开路状态来向数控系统反馈报警信号,该报警信号如过载(OVERLOAD)信号。当然,超声波发生装置也可以像现有技术那样通过软件方式来实现报警信号的反馈,在此不再赘述。
[0038]进一步地,超声波发生装置还向数控系统反馈超声波电主轴的发振状态,发振状态包括发振和未发振。超声波发生装置可以通过硬件方式来实现发振状态的反馈,例如,通过控制第五继电器接点短路或断开来向数控系统反馈超声波电主轴的发振状态,如接点短路时则表示发振,接点断开时则表示未发振,当然也可以反过来表示。可选地,超声波发生装置也可以像现有技术那样通过软件方式来实现发振状态的反馈,在此不再赘述。
[0039]进一步地,当装置执行超声波加工时,数控系统必须在超声波电主轴上的刀具未触碰加工件前,控制刀具提前发振,保证加工安全。
[0040]进一步地,当数控系统要终止超声波加工或执行换刀动作时,必须在检测到刀具确实离开加工件后,才控制刀具停止发振,保证加工安全。
[0041]进一步地,当数控系统发送第一控制信号给超声波发生装置,而超声波发生装置并未反馈准备就绪信号,反而立即反馈报警信号(如过载信号)时,即表示目前超声波电主轴上的刀具或夹头异常,或是频率不在工作范围内。
[0042]进一步地,当超声波电主轴上的刀具发振时,数控系统不能发送第一控制信号给超声波发生装置执行扫频,如果要发送第一控制信号,则必须停止超声波电主轴上的刀具发振,且确认超声波电主轴的刀具确实固定在超声波电主轴上后,才能发送第一控制信号给超声波发生装置执行扫频动作,以保证加工安全性。
[0043]如图2所示,本实用新型实施例的超声波加工装置实现超声波加工时各主体的信号交互过程为:数控系统向超声波发生装置发送第一控制信号控制超声波发生装置执行扫频;超声波发生装置扫频结束后向数控系统反馈准备就绪信号;数控系统启动超声波电主轴运转,并向超声波发生装置发送第二控制信号控制超声波发生装置向超声波电主轴发送超声波信号,以使超声波电主轴发振,开始超声波加工;在超声波加工过程中,超声波发生装置检测到异常时向数控系统反馈报警信号,以使数控系统向超声波发生装置发送第三控制信号停止超声波加工;在超声波加工过程中,超声波发生装置向数控系统反馈发振状态信号,反馈刀具的发振状态。
[0044]采用本实用新型实施例的超声波加工装置,可以实现超声波振动切削,可以使刀具以20-40KHZ的频率,沿切削方向高速振动。超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削,在一个振动周期中,刀具的有效切削时间很短,一个振动周期内绝大部分时间里刀具与工件切肩完全分离,刀具与工件切肩断续接触,切削热量大大减少,并且没有普通切削时的“让刀”现象。利用这种振动切削,在普通机床上就可以进行精密加工,圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度,最高可达到接近零误差,使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比,不需要过高的机床刚性,并且不破坏工件表面组织,在曲线轮廓零件的精加工中,可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工,可以节约高昂的数控磨床购置费用。超声波振动切削用于各种难以磨削而对表面质量及精度要求较高的零件的精加工,具有很大的优越性。
[0045]本实用新型的超声波加工装置,通过利用数控机床的数控系统来配合超声波发生装置和超声波电主轴,实现了超声波振动切削加工。在数控机床上实现超声波振动切削加工,具有以下优势:
[0046](I)保证了加工的稳定性、高精度性和高安全性,对于普通机床难以加工的工件能够轻松的应对,并且提高了加工效率;
[0047](2)对于普通机床难以加工的材料(如:不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、蓝宝石玻璃、半导体、石英/石材等),使用超声波振动切削加工则可以化难为易、轻松加工;
[0048](3)对于工艺难的加工零件(如易弯曲变形细长轴类零件、小径深孔薄壁零件、薄盘零件与小径精密螺纹以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件),使用超声波振动切削则可以化难为易、轻松加工;
[0049](4)能够轻松对高精度高表面质量工件的进行切削加工,能够轻松的对排肩比较困难的工件进行切削加工。
[0050]本实用新型同时提出一种数控机床,所述数控机床包括一超声波加工装置,所述超声波加工装置包括数控系统、超声波发生装置和超声波电主轴,其中:数控系统,用于控制超声波电主轴的运转,并与超声波发生装置进行信号交互,控制超声波发生装置发出超声波信号;超声波发生装置,用于向超声波电主轴发送超声波信号;超声波电主轴,用于接收超声波信号,根据超声波信号发生振动。本实施例中所描述的超声波加工装置为本实用新型中上述实施例所涉及的超声波加工装置,在此不再赘述。
[0051]应当理解的是,以上仅为本实用新型的优选实施例,不能因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种超声波加工装置,应用于数控机床,其特征在于,包括:用于接收超声波信号并根据所述超声波信号发生振动的超声波电主轴,用于向所述超声波电主轴发送所述超声波信号的超声波发生装置,以及用于控制所述超声波电主轴的运转并与所述超声波发生装置进行信号交互以控制所述超声波发生装置发出超声波信号的数控系统,所述超声波发生装置分别与所述数控系统和所述超声波电主轴电连接。2.根据权利要求1所述的超声波加工装置,其特征在于,所述数控系统包括:用于检测到所述超声波电主轴准备就绪后向所述超声波发生装置发送第一控制信号以控制所述超声波发生装置对所述超声波电主轴进行扫频的第一控制单元,以及用于接收到所述超声波发生装置反馈的准备就绪信号后启动所述超声波电主轴并向所述超声波发生装置发送第二控制信号以控制所述超声波发生装置发出所述超声波信号的第二控制单元。3.根据权利要求2所述的超声波加工装置,其特征在于,所述第一控制单元通过控制第一继电器接点短路预设时间后再断开并维持开路状态来向所述超声波发生装置发送所述第一控制信号。4.根据权利要求2所述的超声波加工装置,其特征在于,所述第二控制单元通过控制第二继电器接点短路并维持短路状态来向所述超声波发生装置发送所述第二控制信号。5.根据权利要求2所述的超声波加工装置,其特征在于,所述超声波发生装置通过控制第三继电器接点短路并维持短路状态来向所述数控系统反馈所述准备就绪信号。6.根据权利要求2-5任一项所述的超声波加工装置,其特征在于,所述数控系统还包括用于接收到所述超声波发生装置反馈的报警信号后向所述超声波发生装置发送第三控制信号以控制所述超声波发生装置停止发出所述超声波信号的第三控制单元。7.根据权利要求6所述的超声波加工装置,其特征在于,所述第三控制单元通过控制第二继电器接点断开并维持开路状态来向所述超声波发生装置发送所述第三控制信号。8.根据权利要求6所述的超声波加工装置,其特征在于,所述超声波发生装置通过控制第四继电器接点短路预设时间后再断开并维持开路状态来向所述数控系统反馈所述报警信号。9.根据权利要求2-5任一项所述的超声波加工装置,其特征在于,所述超声波发生装置通过控制第五继电器接点短路或断开来向所述数控系统反馈所述超声波电主轴的发振状??τ O10.—种数控机床,其特征在于,包括如权利要求1-9任一项所述的超声波加工装置。
【文档编号】B23B25/00GK205570743SQ201620186046
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】夏军, 罗育银, 张 雄, 李立, 覃久涛
【申请人】深圳市创世纪机械有限公司
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