本发明属于金属板料塑性成形设备技术领域，具体涉及一种单点增量成形工具头轴向振动装置。
背景技术：
在金属板料制造领域，为了满足小批量、多品种和样品试制的需求，实现金属板料快速、低成本及柔性成形，学者们提出了数控单点增量成形技术。单点增量成形技术引入“分层制造”的思想，整个板料的成形过程无需相应的模具，相比传统冲压成型具有更大的柔性。但是，由于在成形过程中，零件的成形主要靠成形工具头在板料上做摩擦滑动和剪切，存在成形力较大、零件表面质量差及成形极限差的缺点，并会出现破裂、起皱、金属堆积、凹陷、压痕及回弹的缺陷，严重影响成形零件的质量。另外，在成形过程中成形工具不仅将局部的板料向垂直于成形轨迹的方向拉扯，同时也沿成形轨迹方向推动板料产生变形，这种变形沿成形轨迹叠加，最终在成形件上以扭曲的形式反映出来，影响零件的成形质量。
为了改善成形件的成形质量，在成形过程中施加一定方向、一定频率和振幅的振动，将原来的连续挤压摩擦运动转化为高频率的点压，能使板料塑性变形阻力大为降低，从而降低加工能耗，同时还能改善产品成形质量，尤其适用于一些难变形材料的成形。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种单点增量成形工具头轴向振动装置，通过机床主轴的旋转并配合底部呈周期性变化的套筒带动带顶杆的工具头产生轴向振动，使原来的连续挤压摩擦运动转化为高频率的点压运动，有利于变形加工，且成形过程中所需的成形力减小。
本发明所采用的技术方案是，一种点增量成形工具头轴向振动装置，包括有支撑框，在支撑框内的底部分别连接有弹簧及两根导柱，且弹簧位于中央，两根导柱分别位于弹簧的左右两侧；还包括有带顶杆的工具头，且带顶杆的工具头由水平设置的工具头本体和垂直固接于工具头本体上的凸起顶杆构成；弹簧及两根导柱的上端均与工具头本体连接，凸起顶杆上部接有套筒，且工具头本体与套筒的底面之间留有间隙；套筒的上部夹持于机床刀柄的一端，机床刀柄的另一端与机床摇臂连接。
本发明的特点还在于：
套筒的底面以及凸起顶杆的顶部均涂覆有耐磨涂层。
套筒的底面边缘形状呈周期性变化的正弦波。
弹簧的下端与支撑框的底部固接。
导柱的下端与支撑框的底部螺纹连接。
本发明的有益效果在于：
(1)与现有技术相比，本发明的单点增量成形工具头轴向振动装置使用后，可将原有技术中工具头和板料之间的连续挤压和剪切改变为高速点压，减少了成形过程中的扭曲、起皱等缺陷，使加工的工件表面质量得到提高。
(2)本发明的单点增量成形工具头轴向振动装置使用时，在工件成形过程中，通过机床主轴的旋转带动带顶杆的工具头沿轴向产生一定频率和振幅的振动，使得在振动周期内的摩擦力有利于变形加工；另外，成形过程中所需的成形力减小，可应用于难加工材料的成形。
附图说明
图1是本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置的结构示意图；
图2是本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置内套筒底面的结构示意图；
图3是本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置成形轨迹示意图。
图中，1.机床摇臂，2.机床刀柄，3.套筒，4.带顶杆的工具头，5.弹簧，6.导柱，7.支撑框，8.板料，9.带顶杆的工具头工作时形成的轨迹，10.夹具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置，如图1所示，包括有支撑框7，在支撑框7内的底部分别连接有弹簧5及两根导柱6，且弹簧5位于中央，两根导柱6分别位于弹簧5的左右两侧；还包括有带顶杆的工具头4，且带顶杆的工具头4由水平设置的工具头本体和垂直固接于工具头本体上的凸起顶杆构成；弹簧5及两根导柱6的上端均与工具头本体连接，凸起顶杆上部套接有套筒3，且工具头本体与套筒3的底面之间留有间隙；套筒3的上部夹持于机床刀柄2的一端，机床刀柄2的另一端与机床摇臂1连接。
如图2所示，套筒3的底面边缘形状呈周期性变化的正弦波。
套筒3的底面以及凸起顶杆的顶部均涂覆有耐磨涂层。
弹簧5的下端与支撑框7的底部固接。
导柱6的下端与支撑框7的底部螺纹连接。
本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置内：
套筒3由机床刀柄2夹紧，使套筒3能随着机床主轴的转动而产生转动；
套筒3和带顶杆的工具头4均采用合金钢制成，使其在振动条件下仍能保证刚度和强度；带顶杆的工具头4的凸起顶杆和套筒3的底面接触，且凸起顶杆的顶部和套筒3的底面均涂覆有耐磨涂层，其目的在于：增加接触面的耐磨性；另外，带顶杆的工具头4的工具头本体和套筒3之间留有间隙，使其能沿着套筒3做轴向运动；
带顶杆的工具头4内，在工具头本体上设置有与导柱6连接的通孔，在工具头本体与导柱6的连接处，通孔的内表面与导柱6的外表面之间留有间隙，且在该通孔的内表面和导柱6的外表面上涂覆有耐磨涂层，这样不仅能保证带顶杆的工具头4的轴向运动，并且能提高其耐磨性；
弹簧5采用标准压缩弹簧，购买和更换比较方便，弹簧5的设置能使带顶杆的工具头4内的凸起顶杆始终和套筒3的底面接触，带顶杆的工具头4受弹簧5和随机床主轴转动的套筒3相互作用，并在两根导柱6的引导下做轴向往复运动，往复运动的频率和幅度由主轴转速和套筒3底面形状共同决定；
支撑框7采用工具钢材料加工制成，且支撑框7和带顶杆的工具头4之间留有间隙，以保证带顶杆的工具头4的轴向运动，且间隙不能过大；
导柱6用螺纹连接于支撑框7上，带顶杆的工具头4和导柱6加工装配过程中的平行度要求较高。
图3为本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置装配后的运动仿真轨迹示意图，从图3可以看出在成形过程中，板料8由夹具10夹持紧固，带顶杆的工具头4在本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置的作用下既沿圆周运动，又沿竖直方向做往复运动，在两个方向运动的综合作用下，最后得到目标成形轨迹9。
本发明单点增量成形工具头轴向振动装置在使用时：
使本发明单点增量成形工具头轴向振动装置与机床主轴连接在一起，套筒3会随机床主轴的转动而转动，并且在转动的过程中，套筒3底部与带顶杆的工具头4凸起的顶杆始终保持接触，由于套筒3底部周期性的高低变化，带顶杆的工具头4在成周期性运动的套筒3和受力方向始终向上的弹簧5的共同作用下，呈轴向的往复运动，在套筒3底部形状确定的情况下，机床主轴转速越大，则带顶杆的工具头4轴向振动频率越高，成形效果越好。
本发明一种单点增量成形工具头轴向振动装置，通过机床主轴的旋转并配合底部呈周期性变化的套筒带动带顶杆的工具头产生轴向振动，使原来的连续挤压摩擦运动转化为高频率的点压运动，有利于变形加工，且成形过程中所需的成形力减小。