CN110052902B - 一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，其技术方案要点是，包括机架、控制柜和工作台，工作台包括底座和位于底座上方的操作板，底座上竖直固定有至少三个限位杆，限位杆沿底座的外缘处均匀分布，操作板上开设有若干与限位杆相互配合的限位孔，操作板与底座之间抵接有若干压力传感器，每个压力传感器均与控制柜电连接，控制柜电连接有液压缸，液压缸的液压杆固定有与机架竖直滑移连接的滑座，滑座上安装有切削装置；本发明旨在提供一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，能够控制压力的恒定进给，保证硬脆材料的加工完整性。

Description

一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种检测装置，更具体地说，它涉及一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置及其加工方法。
背景技术
随着科学技术和工业生产的飞速发展，以陶瓷、石英、钕贴硼、硅、锗、蓝宝石、氧化锆、微晶玻璃等为代表的硬脆材料层出不穷，应用领域越来越广泛。如何实现硬脆材料的高效精密铣削，一直都是工厂所追求的。
上世纪，人们开始将超声波加工应用于各个领域。相对于传统的切削方式，超声切割头可以在剪刀或裁刀上施加一定赫兹的振动能量，帮助打开材料内部的分子结构，在切割过程中刀具可以更容易地将材料分割开，实现高效铣削；但是在超声加工过程中，压力控制不当便会造成硬脆材料破裂，导致产品报废。如何控制压力的恒定进给，降低工件内应力，防止出现裂缝和破碎，保证工件加工完整性，是本领域人员仍待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，能够控制压力的恒定进给，保证硬脆材料的加工完整性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，包括机架、控制柜和工作台，所述工作台包括底座和位于底座上方的操作板，所述底座上竖直固定有至少三个限位杆，所述限位杆沿底座的外缘处均匀分布，所述操作板上开设有若干与限位杆相互配合的限位孔，所述操作板与底座之间抵接有若干压力传感器，每个所述压力传感器均与控制柜电连接，所述控制柜电连接有液压缸，所述液压缸的液压杆固定有与机架竖直滑移连接的滑座，所述滑座上安装有切削装置。
进一步设置，所述操作板上表面向下开设有置物槽，所述置物槽内固定有安装板，所述安装板的侧面开设有若干完全贯通的燕尾槽，所述燕尾槽内滑动配合有连接块，所述连接块的顶端向上延伸形成螺杆，所述螺杆螺纹连接有压块和螺母。
进一步设置，所述压力传感器的数量为三个，且呈正三角形分布。
进一步设置，所述控制柜电连接有报警器。
进一步设置，所述控制柜电连接有显示面板。
进一步设置，所述机架上水平固定有滑轨，所述底座的底端固定有与滑轨滑动配合的滑块。
进一步设置，所述切削装置包括电动机、主轴和刀具，所述电动机通过主轴驱动刀具旋转。
本发明还提供一种基于硬脆材料加工的恒力进给加工方法，包括以下步骤：
（a）通过压力传感器检测进给力的大小，传递模拟信号给显示面板，显示面板将其即时转换成数字信号并显示，当进给力超过门限值时，报警器发生警报并输出控制信号给控制柜，控制柜通过液压缸使切削装置向上回退，然后继续按原行程加工工件；
（b）每次回退，把操作板上工件的重力和磨料悬浮液重力之和重新置为标准值。
综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
其一，在加工过程中，通过压力传感器检测进给力的大小，控制压力的恒定进给，降低工件内应力，防止出现裂缝和破碎，保证工件加工完整性；
其二，操作板与底座之间通过若干相互配合的限位杆和限位孔，可以避免操作板在切削时发生翘动，使受力更加均匀，以保证压力传感器检测可靠性；
其三，通过连接块、压块等夹具可以将工件更好的固定，避免产品报废。
附图说明
图1为本发明一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置实施例的立体结构图。
图2为工作台的立体结构图。
图3为连接块的立体结构图。
图4为图2中A处的局部放大图。
图5为双向电动机控制接口电路I。
图6为双向电动机控制接口电路II。
图中：1、机架；2、控制柜；3、工作台；31、底座；311、限位杆；312、滑块；32、操作板；321、限位孔；322、置物槽；323、安装板；324、燕尾槽；4、压力传感器；5、滑座；6、切削装置；7、连接块；71、螺杆；8、压块；9、显示面板；10、第一单片机；11、第二单片机；12、缓冲器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明作进行详细说明。
如图1和图2所示，一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，包括机架1、控制柜2和工作台3，工作台3包括底座31和位于底座31上方的操作板32，底座31上于外缘处均匀设置有至少三个竖直的限位杆311（三点构成一个平面），操作板32上开设有若干与限位杆311相互配合的限位孔321，操作板32与底座31之间抵接有若干压力传感器4，在一具体的实施例中，限位杆311数量为四个，分别位于底座31的四个角上，在实际加工过程中，因着工件摆放的位置进给力可能会落在操作板32偏离中心处，通过相互配合的限位杆311和限位孔321，可以避免操作板32在切削时发生翘动或晃动，使力均匀的传递至下方的压力传感器4上，使检测数据更加可靠；每个压力传感器4均与控制柜2电连接，控制柜2电连接有液压缸（图中未示），液压缸的液压杆固定有与机架1竖直滑移连接的滑座5，滑座5上安装有切削装置6，与操作板32抵接的压力传感器4检测到切削时进给力的大小并输出信号给控制柜2，当进给力超过门限值时，控制柜2通过液压缸使切削装置6回退一定高度，然后继续按原行程加工工件；当加工到位时，切削装置6也会自动退回；具体的，切削装置6包括电动机、主轴和刀具，其中，主轴优选为超声波电主轴，电动机通过主轴驱动刀具转动，并施加一定赫兹的振动能量，通过磨料悬浮液间接地实现切削。
如图2、图3和图4所示，操作板32上表面向下开设有置物槽322，置物槽322内固定有安装板323，安装板323的侧面开设有若干完全贯通的燕尾槽324，工件在安装时，于燕尾槽324的两侧对应放置一工件，燕尾槽324内滑动配合有连接块7，将连接块7从燕尾槽324的侧面滑入，并移动至工件处，连接块7的顶端向上延伸形成螺杆71，螺杆71螺纹连接有压块8，压块8与螺杆71螺纹连接后并通过螺母拧紧，以将工件牢牢的压住固定；通过连接块7、压块8等夹具可以将工件更好的定位，切削时更好地保证硬脆材料的加工精度和加工完整性。
在一具体的实施例中，如图2所示，压力传感器4的数量为三个，且呈正三角形分布，可以提高稳定性，使受力更加均匀。
另外，如图1所示，控制柜2还电连接有报警器（图中未示）和显示面板9，压力传感器4检测到进给力的大小，并传递模拟信号给显示面板9，显示面板9可以将其即时转换成数字信号并显示，也可以根据需要设定不同的门限值，当进给力超过门限值时，报警器发生警报并输出控制信号给控制柜2。
如图1和图2所示，机架1上水平固定有滑轨，底座31的底端固定有滑块312，通过相互配合的滑轨和滑块312可以实现工作台3在X轴方向上移动。
本发明一种基于硬脆材料加工的恒力进给加工方法，包括以下步骤：
（a）通过压力传感器4检测进给力的大小，传递模拟信号给显示面板9，显示面板9将其即时转换成数字信号并显示，当进给力超过门限值时，报警器发生警报并输出控制信号给控制柜2，控制***自动调用回退子程序使切削装置6回退一定高度 (可指定)，之后继续按原行程加工工件；当加工到位时，工具也会自动退回；
（b）每次回退，把操作板32上工件的重力和磨料悬浮液重力之和重新置为标准值。
由于在加工过程中，工件材料不断被去除，磨料悬浮液也是循环供给的，故G1和G2并不是恒定值；进给力检测过程如下:
将工件的重力G1和磨料悬浮液重力G2之和置为标准值，即“零位”。
进给力可由下式得出: f = F–G1-G2；
式中，f -进给力；
F -压力传感器4检测值。
如此，每回退次，即把操作板32上工件的重力G1和磨料悬浮液重力G2 之和重新置为标准值，即可实时反映进给力f的大小。
当进给力f超过安全值f 0(由实验得)时，显示面板9控制的常开触点导通，输出DC24V电压信号到控制柜2，控制柜2进而调用回退子程序控制主轴回退，其控制接口电路如图5所示。
由图5可知，当S1和S4闭合时，电动机全速正转；当S2和S3闭合时，电动机反转。
假设第一单片机10（型号为8952）的PI口为输出口，用P1.1和P1.0作控制位，当P1口输出02H时，电动机正转；输出01H时，电动机反转:输出03H时，电动机刹车；输出00H时，电动机滑行。
当控制柜2既要求控制电动机的转向，又要求控制电动机的转速时，不能用一般的继电器当开关； 因为一般的继电器响应频率较低，闭合时产生抖动，在脉宽调速***中工作不可靠；为此改成晶体管开关，原理图如6所示。
由图6可知，当第二单片机11（型号为8031）的P1口输出为02H(P1.1=1, P1.0-0)时，四总线缓冲器12（型号为74LS125）的4# 三态门打开，使S4闭合，同理2#三态门输出为“0”， 使1#三态门的控制端亦为“O”电平，使1#三态门也打开，所以晶体管开关S1导通(即S1闭合)；晶体管开关S1和S4分别驱动两个达林顿功放管(一个为PNP型，另一个为NPN型)，使电动机正转；反之，当P1口输出01H时，S2和S3闭合，电动机反转；缓冲器12控制连接的原因是保证误码时不使电源短路。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，其特征是：包括机架(1)、控制柜(2)和工作台(3)，所述工作台(3)包括底座(31)和位于底座(31)上方的操作板(32)，所述底座(31)上竖直固定有至少三个限位杆(311)，所述限位杆(311)沿底座(31)的外缘处均匀分布，所述操作板(32)上开设有若干与限位杆(311)相互配合的限位孔(321)，所述操作板(32)与底座(31)之间抵接有若干压力传感器(4)，每个所述压力传感器(4)均与控制柜(2)电连接，所述控制柜(2)电连接有液压缸，所述液压缸的液压杆固定有与机架(1)竖直滑移连接的滑座(5)，所述滑座(5)上安装有切削装置(6)；所述操作板(32)上表面向下开设有置物槽(322)，所述置物槽(322)内固定有安装板(323)，所述安装板(323)的侧面开设有若干完全贯通的燕尾槽(324)，所述燕尾槽(324)内滑动配合有连接块(7)，所述连接块(7)的顶端向上延伸形成螺杆(71)，所述螺杆(71)螺纹连接有压块(8)和螺母；所述控制柜(2)电连接有显示面板(9)； 通过压力传感器（4）检测进给力的大小，传递模拟信号给显示面板(9)，显示面板(9)将其即时转换成数字信号并显示，当进给力超过门限值时，报警器发生警报并输出控制信号给控制柜(2)，控制柜(2)通过液压缸使切削装置(6)向上回退，然后继续按原行程加工工件；
每次回退，把操作板(32)上工件的重力和磨料悬浮液重力之和重新置为标准值。
2.根据权利要求1所述的一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，其特征是：所述压力传感器(4)的数量为三个，且呈正三角形分布。
3.根据权利要求2所述的一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，其特征是：所述控制柜(2)电连接有报警器。
4.根据权利要求1所述的一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，其特征是：所述机架(1)上水平固定有滑轨，所述底座(31)的底端固定有与滑轨滑动配合的滑块(312)。
5.根据权利要求1所述的一种基于硬脆材料加工的恒力进给装置，其特征是：所述切削装置(6)包括电动机、主轴和刀具，所述电动机通过主轴驱动刀具旋转。
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