专利名称：一种超声波切割刀恒扭矩装配装置及方法
技术领域：
本发明涉及刀具安装领域，尤其涉及一种超声波切割刀恒扭矩装配装置及方法。
背景技术：
蜂窝材料现有的加工设备有五轴联动龙门式加工中心、五轴数控立式铣床，而加工精度更高的超声波六轴/五轴龙门式数控铣床是最适合蜂窝材料的加工设备。在国内，目前还没有现成的超声波数控铣床，此项技术仍处于研发阶段。超声波声学系统是数控超声波铣床的核心部件之一，超声波声学系统上变幅杆和换能器是通过螺栓紧固在一起的，圆盘刀通过六角螺栓拧紧在变幅杆上。而初始拧紧六角螺栓的方法是当超声波声学系统处于五轴加工中心的铣头中时，通过手动拧紧完成。传统的刀具装配过程存在以下缺点:
1)超声波声学系统受扭转力矩作用，与主轴发生相对位移，破坏导轨性能，降低铣床加工精度；
2)变幅杆是通过圆锥变幅杆和阶梯型变幅杆复合而成，并通过变幅杆的法兰盘节点处固定；并且，复合型变幅杆输出端与节点距离很大，类似悬臂梁结构。因此，在拧紧的过程中，变幅杆拧紧端易发生扭转变形；
3)如果拧紧的扭矩过大，则易对螺栓的内螺纹造成破坏，甚至导致螺栓断裂；如果拧紧的扭矩太小，则声学系统不能正常工作，甚至刀具与变幅杆发生脱离；
4)在传统装配过程中，至少需要一人来固定变幅杆的输出端，一人进行螺栓的拧紧工作，致使操作复杂，容易出现偏差，易对设备造成损坏
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种超声波切割刀恒扭矩装配装置及方法。本发明一种超声波切割刀恒扭矩装配装置，包括固定台、第一伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、立柱、滚动轴承、轴承端盖、箱体、第二伺服电机、扭矩传感器、端盖、内六角扳手、圆盘刀、第一螺栓、夹持钳、夹持气缸、套筒、支撑台、第三螺栓、六角螺母、变幅杆、法兰盘、第二螺栓、夹心式压电换能器、支撑座、第四螺栓、滑动轴承和滑块；
所述的固定台为工字结构，其下端面的四个角由四个螺栓固定；固定台上台面中心开有圆柱孔，上端面的一侧有立柱，立柱通过个对称安装的螺栓与固定台固定连接；立柱内部设有滚珠丝杠，滚珠丝杠的下端通过联轴器与第一伺服电机的输出轴连接；在滚珠丝杠上端通过滚动轴承与立柱固定，并有轴承端盖密封；
箱体与滑块固接，滑块设置在立柱上，滑块通过滚珠螺母与滚珠丝杠连接，并与立柱滑动连接；箱体上端设置有第二伺服电机，第二伺服电机的输出轴通过联轴器与扭矩传感器相连，用于检测力矩大小；扭矩传感器通过联轴器与六角扳手连接，箱体由端盖密封。内六角扳手的正下方设有超声波声学系统，所述的超声波声学系统包括夹心式压电换能器、变幅杆、法兰盘、圆盘刀、第一螺栓和第二螺栓；夹心式压电换能器通过支撑座固定在固定台的圆柱孔内，夹心式压电换能器的输出端通过第二螺栓变幅杆的输入端连接；变幅杆的输出端通过第一螺栓与圆盘刀的连接面连接，并通过法兰盘与固定台的上底面连接;
支撑台通过第三螺栓和六角螺母紧固于固定台上平面，且位于以变幅杆为中心，与立柱相对应的另一侧。第四螺栓穿过夹持钳的中心孔以及用于支撑夹持钳的套筒，将二者固定在支撑台上；套筒有阶梯面，下端面直径较大，夹持钳的铰接处有滑动轴承；在夹持钳尾端，装有夹持气缸，用于夹持钳的张开和夹紧。夹持钳的夹持端位于变幅杆的外侧。本发明一种超声波切割刀恒扭矩装配方法，该方法包括以下步骤:
步骤一:变幅杆和夹心式压电换能器通过第二螺栓相连，形成整个超声波声学装置；步骤二:将超声波声学装置装入固定台中部深孔中；在深孔边缘有两个对称凸点，利用变幅杆节点法兰盘上的周向凹口来定位超声波声学装置的圆周角度，而底部通过支撑座来辅助支撑和固定超声波声学装置；当感应器收到信号之后，通过PLC发出信号，使夹持气缸收缩，夹持钳夹紧变幅杆的颈部，而夹持钳通过螺栓和套筒固定于支撑台上；
步骤三:第一伺服电机转动，滚珠丝杠旋转，降下内六角扳手，第二伺服电机转动，通过第一螺栓将圆盘刀与变幅杆拧紧；当拧紧之后，扭矩随之上升，扭矩传感器检测扭矩达到指定数值，发出信号，停止第二伺服电机，第一私伺服电机反转，内六角扳手上升。本发明与现有技术相比具有的有益效果:
1)扭力更加准确，并且扭矩值在拧紧的过程中保持不变；
2)拧紧的过程中，连贯、合理、准确的操作对变幅杆的损伤更小；
3)将主轴安装在铣床之前完成刀具的装配，保证加工精度；
4)方便快捷，操作简单；
5)生产成本低。
图1是超声波切割刀恒扭矩装配装置的装配流程 图2(a)是超声波切割刀恒扭矩装配装置的主视 图2(b)是超声波切割刀恒扭矩装配装置的俯视 图3是本发明的夹持钳与变幅杆处于夹紧时的状态图。图中，固定台1、第一伺服电机2、联轴器3、滚珠丝杠4、立柱5、滚动轴承6、轴承端盖7、箱体8、第二伺服电机9、扭矩传感器10、端盖11、内六角扳手12、圆盘刀13、第一螺栓14、夹持钳15、夹持气缸16、套筒17、支撑台18、第三螺栓19、六角螺母20、变幅杆21、法兰盘22、第二螺栓23、夹心式压电换能器24、支撑座25、第四螺栓26、滑动轴承27、滑块28。
具体实施例方式如图2 (a)、图2 (b)所示，本发明一种超声波切割刀恒扭矩装配装置，包括固定台
1、第一伺服电机2、 联轴器3、滚珠丝杠4、立柱5、滚动轴承6、轴承端盖7、箱体8、第二伺服电机9、扭矩传感器10、端盖11、内六角扳手12、圆盘刀13、第一螺栓14、夹持钳15、夹持气缸16、套筒17、支撑台18、第三螺栓19、六角螺母20、变幅杆21、法兰盘22、第二螺栓23、夹心式压电换能器24、支撑座25、第四螺栓26、滑动轴承27和滑块28 ；
所述的固定台I为工字结构，其下端面的四个角由四个螺栓固定；固定台I上台面中心开有圆柱孔，上端面的一侧有立柱5，立柱5通过4个对称安装的螺栓与固定台I固定连接；立柱5内部设有滚珠丝杠4，滚珠丝杠4的下端通过联轴器3与第一伺服电机2的输出轴连接；在滚珠丝杠4上端通过滚动轴承6与立柱5固定，并有轴承端盖7密封；
箱体8与滑块28固接，滑块28设置在立柱5上，滑块28通过滚珠螺母与滚珠丝杠4连接，并与立柱5滑动连接；箱体8上端设置有第二伺服电机9，第二伺服电机9的输出轴通过联轴器与扭矩传感器10相连，用于检测力矩大小；扭矩传感器10通过联轴器与六角扳手12连接，箱体8由端盖11密封。内六角扳手12的正下方设有超声波声学系统,所述的超声波声学系统包括夹心式压电换能器24、变幅杆21、法兰盘22、圆盘刀13、第一螺栓14和第二螺栓23 ;夹心式压电换能器24通过支撑座25固定在固定台I的圆柱孔内，夹心式压电换能器24的输出端通过第二螺栓23与变幅杆21的输入端连接；变幅杆21的输出端通过第一螺栓14与圆盘刀13的连接面连接，并通过法兰盘22与固定台I的上底面连接；
支撑台18通过第三螺栓19和六角螺母20紧固于固定台I上平面，且位于以变幅杆21为中心，与立柱5相对应的另一侧；
如图3所示，第四螺栓26穿过夹持钳15的中心孔以及用于支撑夹持钳15的套筒17，将二者固定在支撑台18上；套筒17有阶梯面，下端面直径较大，夹持钳的铰接处有滑动轴承27 ;在夹持钳15尾端，装有夹持气缸16，用于夹持钳的张开和夹紧，并由两个螺栓固定。夹持钳的夹持端位于变幅杆21的外侧。如图1所示，变幅杆21和夹心式压电换能器24通过第二螺栓23相连，形成整个超声波声学装置；其次，将超声波声学装置装入固定台I中部深孔中，底部通过支撑座25来辅助支撑和固定超声波声学 装置；当固定好之后，感应器收到信号，传送给PLC，PLC发出信号，使夹持气缸16收缩，夹持钳15将变幅杆21夹紧，而夹持钳15通过第四螺栓26和套筒17固定于支撑台18上；与此同时，第一伺服电机2转动，滚珠丝杠4旋转，降下内六角扳手12，第二伺服电机9转动，通过第一螺栓14将圆盘刀13与变幅杆21拧紧；当拧紧之后，扭矩随之上升，扭矩传感器10检测内六角扳手12扭矩达到指定数值，发出信号，停止第二伺服电机9,第一伺服电机2反转，内六角扳手12上升。
权利要求
1.一种超声波切割刀恒扭矩装配装置，包括固定台、第一伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、立柱、滚动轴承、轴承端盖、箱体、第二伺服电机、扭矩传感器、端盖、内六角扳手、圆盘刀、第一螺栓、夹持钳、夹持气缸、套筒、支撑台、第三螺栓、六角螺母、变幅杆、法兰盘、第二螺栓、夹心式压电换能器、支撑座、第四螺栓、滑动轴承和滑块； 其特征在于所述的固定台为工字结构，其下端面的四个角由四个螺栓固定；固定台上台面中心开有圆柱孔，上端面的一侧有立柱，立柱通过个对称安装的螺栓与固定台固定连接；立柱内部设有滚珠丝杠，滚珠丝杠的下端通过联轴器与第一伺服电机的输出轴连接；在滚珠丝杠上端通过滚动轴承与立柱固定，并有轴承端盖密封； 箱体与滑块固接，滑块设置在立柱上，滑块通过滚珠螺母与滚珠丝杠连接，并与立柱滑动连接；箱体上端设置有第二伺服电机，第二伺服电机的输出轴通过联轴器与扭矩传感器相连，用于检测力矩大小；扭矩传感器通过联轴器与六角扳手连接，箱体由端盖密封； 内六角扳手的正下方设有超声波声学系统，所述的超声波声学系统包括夹心式压电换能器、变幅杆、法兰盘、圆盘刀、第一螺栓和第二螺栓；夹心式压电换能器通过支撑座固定在固定台的圆柱孔内，夹心式压电换能器的输出端通过第二螺栓变幅杆的输入端连接；变幅杆的输出端通过第一螺栓与圆盘刀的连接面连接，并通过法兰盘与固定台的上底面连接；支撑台通过第三螺栓和六角螺母紧固于固定台上平面，且位于以变幅杆为中心，与立柱相对应的另一侧； 第四螺栓穿过夹持钳的中心孔以及用于支撑夹持钳的套筒，将二者固定在支撑台上；套筒有阶梯面，下端面直径较大，夹持钳的铰接处有滑动轴承；在夹持钳尾端，装有夹持气缸，用于夹持钳的张开和夹紧；夹持钳的夹持端位于变幅杆的外侧。
2.一种超声波切割刀恒扭矩装配方法，该方法包括以下步骤 步骤一变幅杆和夹心式压电换能器通过第二螺栓相连，形成整个超声波声学装置；步骤二 将超声波声学装置装入固定台中部深孔中；在深孔边缘有两个对称凸点，利用变幅杆节点法兰盘上的周向凹口来定位超声波声学装置的圆周角度，而底部通过支撑座来辅助支撑和固定超声波声学装置；当感应器收到信号之后，通过PLC发出信号，使夹持气缸收缩，夹持钳夹紧变幅杆的颈部，而夹持钳通过螺栓和套筒固定于支撑台上； 步骤三第一伺服电机转动，滚珠丝杠旋转，降下内六角扳手，第二伺服电机转动，通过第一螺栓将圆盘刀与变幅杆拧紧；当拧紧之后，扭矩随之上升，扭矩传感器检测扭矩达到指定数值，发出信号，停止第二伺服电机，第一私伺服电机反转，内六角扳手上升。
全文摘要
本发明公开了一种超声波切割刀恒扭矩装配装置及方法。它包括驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、固定台、立柱、滑块、箱体、扭矩传感器、内六角扳手、夹持钳、夹持气缸和超声波声学系统；超声波声学系统包括夹心式压电换能器、变幅杆、法兰盘、圆盘刀；变幅杆和圆盘刀通过第一螺栓相连，夹心式压电换能器和变幅杆通过第二螺栓相连；超声波声学系统放入固定台中，通过法兰盘周向定位并触发触动开关，单片机发出指令使夹持气缸伸开，夹持钳夹住变幅杆颈部，内六角扳手降下，拧紧六角螺钉，并由测力矩传感器测出力矩大小，达到给定力矩立刻停止电机。本发明操作简单，能够有效的代替人力进行圆盘刀的固定和拧紧，减少变幅杆的损伤，扭转力矩值更准确。
文档编号B23P21/00GK103252646SQ201310202198
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月27日 优先权日2013年5月27日
发明者张云电, 肖健雄, 沈莹镔 申请人:杭州电子科技大学