一种用于数控铣床的变频超声振动加工系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于数控铣床的变频超声振动加工系统，切削力检测单元设于工作台下方用于感知且传输当前切削区的切削力，温度传感单元设于铣刀的一侧用于感知且传输当前切削区的切削温度；所述处理器接收切削力检测单元或温度传感单元的传感信号并根据设定程式对接收的传感信号进行处理且向超声驱动电源或对应的伺服电机发出控制信号。加工过程通过对超声振动频率调节或数控铣床变频器频率调节两种方式，多途径解决复杂曲面、切削余量不均匀零件超声振动辅助数控铣削加工的连续性，提高超声加工效率。

A frequency conversion ultrasonic vibration machining system for CNC milling machine

【技术实现步骤摘要】
一种用于数控铣床的变频超声振动加工系统
：本专利技术涉及一种用于数控铣床的变频超声振动加工系统。
技术介绍
：相比传统机械加工手段和加工工艺技术，由于超声波振动辅助切削加工对难加工材料和难加工工件具有的良好加工效能，已被广泛应用于航空航天工业、医疗等行业。在现有的超声振动辅助数控铣削切削加工技术中，在一次装夹、连续加工过程中，超声频率和振幅都不能够改变，无论零件加工表面如何复杂，刀具如何磨损，超声振动加工的频率和振幅都是固定不变的，数控机床的转速和刀具进给量也是不变的。这种情况在切削零件表面平整、刀具磨损不大、切削余量均匀情况下效果较好。但是在加工一些复杂曲面、切削余量不均匀、刀具磨损较快的情况下，由于曲面加工刀具切削角度非周期性变化，导致切削金属层厚度变化，切削力也是随时变化，如果因上述条件导致切削力逐渐增大，而机床转速和刀具进给量不变，此时超声振动的频率和振幅不变，会导致刀具切削区的切削力越来越大，当能量积聚到一定数值，超出超声振动加工的最大设置参数值，那么工件表面加工精度会降低，严重的会使刀具崩刃。现有的改变方法是分段加工，根据不同加工表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于数控铣床的变频超声振动加工系统，包括：/n机架（11），/n转动设于机架上的立式主轴（12），/n驱动立式主轴的主轴伺服电机，/n设置在立式主轴下方用于装夹工件并带动工件做进给运动的工作台（31），/n驱动工作台做进给运动的进给伺服电机，/n铣刀轴（21），以及/n连接在铣刀轴（21）上的铣刀（22），/n其特征在于：还包括：/n与立式主轴（12）连接的连接轴（41），/n固定围绕在连接轴（41）周围的无线传输发射绕组单元（51），/n连接于连接轴并有间隙地处于发射绕组单元（51）下端的无线传输接收绕组单元（61），/n连接在无线传输接收绕组单元（61）下端并具有空心转轴且电源自无...

【技术特征摘要】
1.一种用于数控铣床的变频超声振动加工系统，包括：
机架（11），
转动设于机架上的立式主轴（12），
驱动立式主轴的主轴伺服电机，
设置在立式主轴下方用于装夹工件并带动工件做进给运动的工作台（31），
驱动工作台做进给运动的进给伺服电机，
铣刀轴（21），以及
连接在铣刀轴（21）上的铣刀（22），
其特征在于：还包括：
与立式主轴（12）连接的连接轴（41），
固定围绕在连接轴（41）周围的无线传输发射绕组单元（51），
连接于连接轴并有间隙地处于发射绕组单元（51）下端的无线传输接收绕组单元（61），
连接在无线传输接收绕组单元（61）下端并具有空心转轴且电源自无线传输接收绕组单元（61）接入经空心转轴内腔引入的刀轴驱动电机（71），
连接于刀轴驱动电机（71）的转轴且电源自无线传输接收绕组单元（61）接入经刀轴驱动电机空心转轴引入的换能器（81），
上端连接换能器下端连接所述铣刀轴（21）的变幅杆（82），
设于工作台的用于感知且传输当前切削力的切削力检测单元（91），
设于铣刀（22）一侧用于感知且传输当前切削温度的温度传感单元（92），
用于向无线传输发射绕组单元（51）提供电源的超声驱动电源，以及
接收切削力检测单元和温度传感单元的传感信号并根据设定程式对接收的传感信号进行处理且分别向超声驱动电源和对应伺服电机发出控制信号的处理器。


2.如权利要求1所述的用于数控铣床的变频超声振动加工系统，其特征在于：所述处理器包括第一PLC控制模块、第二PLC控制模块和中央处理器单元，中央处理器单元的输入端接收自切削力检测单元或温度传感单元发出的切削力信号或温度信号，并对切削力信号或温度信号按设定程式进行处理，得到用于控制对应伺服电机输出扭矩和转速的第一数字控制信号和用于控制超声驱动电源电压或电流输出的第二数字控制信号，第一数字控制信号和第二数字控制信号由中央处理器单元对应输出端分别传输给第一PLC控制模块和第二PLC控制模块的输入端，第一PLC控制模块和第二PLC控制模块分别对第一控制数字信号和第二数字控制信号进行数模转换，形成对应的第一模拟控制信号和第二模拟控制信号，并由第一PLC控制模块和第二PLC控制模块的输出端分别输送至对应伺服电机和超声驱动电源。


3.如权利要求2所述的用于数控铣床的变频超声振动加工系统，其特征在于：所述设定程式包括：
1）对设定时间内的检测到的切削力或温度变化进行计算，得到对应的切削力变化值⊿F或温度变化值⊿T；
2）设定切削力变化阙值⊿F1或温度变化阙值⊿T1；
3）当⊿F>⊿F1时，分别降低立式主轴当前转速的5%和工作台当前进给量的5%；
当⊿F<⊿F1时，分别提高立式主轴当前转速的5%和工作台当前进给量的5%；
或，当⊿T>⊿T1时，分别降低立式主轴当前转速5%和工作台当前进给量5%；
当⊿T<⊿T1时，分别提高立式主轴当前转速的5%和工作台当前进给量的5%。


4.如权利要求1-3任一项所述的用于数控铣床的变频超声振动加工系统，其特征在于：所述工作台的进给运动包括X、Y和Z三维方向运动，并分别由对应方向的伺服电机驱动。


5.如权利要求1-3任一项所述的用于数控铣床的变频超声振动加工系统，其特征在于：所述机架（11）上固定有轴承座（111），所述立式主轴（12）转动连接在轴承座（111）内。


6.如权利要求5所述的用于数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒厂，许娟，左洪福，黄卫清，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32