RU2477210C2 - Device for automatic ultrasound hardening - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and may be used for surface finishing and hardening by ultrasound oscillations. Proposed device comprises case, acoustic system composed of converter connected with waveguide, ultrasound radiator secured at waveguide end, and guide sleeve. Acoustic system is coaxially secured inside hollow piston-rod inner chamber. Said piston-rod has two thrust outer cylindrical surfaces of different diameters, and working end face formed by difference in said thrust surfaces. Larger diameter surface is conjugated with inner cylindrical surface of the case. Smaller diameter surface is conjugated with inner cylindrical surface of guide sleeve. The latter is screwed in said case. Piston-rod working end face, guide sleeve end face and case inner cylindrical surface form hydraulic chamber filled with oil. Pressure in said chamber is controlled by electronic converter built in said case to convert pressure into output analog signal of current or voltage used to visualise pressure in real time and to control processing.

EFFECT: higher quality and efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для финишной отделочно-упрочняющей обработки поверхностей с использованием энергии ультразвуковых колебаний в условиях автоматизированного производства.The invention relates to mechanical engineering and can be used for finishing finishing and hardening surface treatment using the energy of ultrasonic vibrations in an automated production environment.

Известно устройство (RU патент №2247644) для ультразвуковой чистовой финишной обработки поверхностей, содержащее корпус, акустическую систему, состоящую из магнитострикционного преобразователя, соединенного с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы, стопор и систему охлаждения.A device is known (RU patent No. 2247644) for ultrasonic finishing of surfaces, comprising a housing, an acoustic system consisting of a magnetostrictive transducer connected to a concentrator, at the end of which an ultrasound transducer is fixed, the end of which is made in the form of a working tip, a spring installed along longitudinal axis of the speaker, stopper and cooling system.

Недостатком известного устройства является большая инерционность пружины, вследствие чего при обработке поверхностей с неравномерной твердостью и с сравнительно высокими скоростями возможно появление следов вибрации и ухудшения качества обработки. Также в указанном устройстве контроль требуемого усилия обработки осуществляется вручную, что исключает его применение в условиях автоматизированного производства.A disadvantage of the known device is the large inertia of the spring, as a result of which, when treating surfaces with uneven hardness and with relatively high speeds, traces of vibration and deterioration in the quality of processing may occur. Also in the specified device, the control of the required processing effort is carried out manually, which excludes its use in automated production conditions.

Известно устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей, содержащее акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы между торцевой частью корпуса и концентратором и являющуюся упругим элементом с малой инерционной способностью, и стопорный элемент, размещенный со стороны концентратора, отличающееся тем, что оно снабжено упругим элементом с большой инерционной способностью, дополнительным стопорным элементом, поджимающей гайкой и фасонной накладкой с изоляционным элементом, обладающим пружинными свойствами, закрепленной на торце магнитострикционного преобразователя для полного внутреннего отражения энергии излучателя ультразвука, и подвижной втулки, сопряженной с акустической системой, при этом пружина расположена между поджимающей гайкой и фасонной накладкой, упругий элемент с большой инерционной способностью расположен с противоположной от пружины стороны магнитострикционного преобразователя между корпусом и подвижной втулкой, а стопорные элементы установлены в корпусе со стороны концентратора (прототип - патент РФ №2201863 от 10.04.2003)A device is known for ultrasonic surface finishing, comprising an acoustic system including a magnetostrictive transducer installed in the housing and connected to a concentrator, an ultrasound transducer fixed to its end part, the end of which is made in the form of a working tip, a spring installed along the longitudinal axis of the speaker system between the end part case and hub and which is an elastic element with low inertia ability, and a locking element placed with side of the concentrator, characterized in that it is equipped with an elastic element with high inertial ability, an additional locking element, a tightening nut and a shaped plate with an insulating element having spring properties, mounted on the end face of the magnetostrictive transducer for complete internal reflection of the energy of the ultrasound emitter, and the movable sleeve, paired with the speaker system, while the spring is located between the tightening nut and the shaped cover, an elastic element with a large with the ability to move is located on the opposite side from the spring side of the magnetostrictive transducer between the housing and the movable sleeve, and the locking elements are installed in the housing from the hub (prototype - RF patent No. 2201863 from 04/10/2003)

Недостатком известного устройства является то, что в нем настройка и контроль требуемого усилия обработки осуществляется вручную, что исключает его применения в условиях автоматизированного производства.A disadvantage of the known device is that in it the adjustment and control of the required processing effort is carried out manually, which excludes its use in automated production conditions.

Предлагаемое изобретение позволяет исключить указанные недостатки и направлено на достижение технического результата - повышение качества и производительности ультразвуковой упрочняющей обработки в условиях автоматизированного производства на станках с ЧПУ путем применения предлагаемой конструкции устройства для автоматизированной ультразвуковой упрочняющей обработки.The present invention allows to eliminate these drawbacks and is aimed at achieving a technical result - improving the quality and productivity of ultrasonic hardening processing in automated production conditions on CNC machines by using the proposed device design for automated ultrasonic hardening processing.

Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство содержит корпус; акустическую систему, состоящую из преобразователя, соединенного с волноводом, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, представляющий собой наконечник для упрочняющей обработки; направляющую втулку; гайку, согласно изобретению акустическая система с помощью гайки соосно закреплена во внутреннем гнезде полого поршень-штока, выполненного с двумя опорными наружными цилиндрическими поверхностями, большего и меньшего диаметров и рабочим торцом, образованным перепадом упомянутых опорных поверхностей. Одна из опорных поверхностей большего диаметра сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, а другая, меньшего диаметра - с внутренней цилиндрической поверхностью направляющей втулки, установленной в корпусе и выполненной с возможностью ввинчивания в него и служащей для обеспечения дополнительной опоры для поршень-штока и настройки усилия обработки, путем регулировки длины замкнутой гидравлической полости, образованной рабочим торцом поршень-штока, торцом направляющей втулки, внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и наружной поверхностью поршень-штока, имеющего меньший диаметр. Гидравлическая полость заполнена маслом, давление в которой контролируется с помощью установленного в корпусе электронного датчика, преобразующего значения давления в выходной аналоговый сигнал тока или напряжения, который может использоваться как для визуализации значений давления в режиме реального времени, так и для управления процессом обработки, например, с помощью системы ЧПУ станка.The specified technical result is achieved due to the fact that the proposed device contains a housing; an acoustic system consisting of a transducer connected to a waveguide, at the end of which an ultrasound transducer is fixed, which is a tip for hardening processing; guide sleeve; nut, according to the invention, the acoustic system with the nut is coaxially fixed in the internal socket of the hollow piston-rod, made with two supporting outer cylindrical surfaces of larger and smaller diameters and a working end formed by the difference of the said supporting surfaces. One of the supporting surfaces with a larger diameter is associated with the inner cylindrical surface of the housing, and the other, with a smaller diameter, is connected with the inner cylindrical surface of the guide sleeve installed in the housing and made to be screwed into it and serving to provide additional support for the piston rod and adjust the processing force , by adjusting the length of the closed hydraulic cavity formed by the working end of the piston rod, the end of the guide sleeve, the inner cylindrical surface orpusa and the outer surface of piston rod having a smaller diameter. The hydraulic cavity is filled with oil, the pressure of which is controlled by means of an electronic sensor installed in the housing, which converts the pressure values into an analog output signal of current or voltage, which can be used both to visualize pressure values in real time and to control the processing process, for example, using the CNC system of the machine.

Таким образом, технический результат достигается за счет наличия у предлагаемого изобретения следующей совокупности существенных признаков, отличающих его от известных устройств:Thus, the technical result is achieved due to the presence of the invention of the following set of essential features that distinguish it from known devices:

- акустическая система с помощью гайки соосно закреплена во внутреннем гнезде полого поршень-штока, выполненного с двумя опорными наружными цилиндрическими поверхностями, большего и меньшего диаметров, и рабочим торцом, образованным перепадом упомянутых опорных поверхностей. Одна из опорных поверхностей большего диаметра сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, а другая, меньшего диаметра - с внутренней цилиндрической поверхностью направляющей втулки, установленной в корпусе и выполненной с возможностью ввинчивания в него и служащей для обеспечения дополнительной опоры для поршень-штока. Это позволяет исключить влияния погрешностей изготовления деталей, обеспечить точность перемещения поршень-штока в корпусе и тем самым исключить возникновения вибраций при обработке и повысить качество обработки;- the speaker system with the help of a nut is coaxially fixed in the inner socket of the hollow piston-rod, made with two supporting outer cylindrical surfaces of larger and smaller diameters, and with a working end face formed by the difference in said supporting surfaces. One of the supporting surfaces of a larger diameter is associated with the inner cylindrical surface of the housing, and the other, of a smaller diameter, is associated with the inner cylindrical surface of the guide sleeve installed in the housing and made to be screwed into it and serving to provide additional support for the piston rod. This eliminates the influence of manufacturing errors of parts, ensures the accuracy of movement of the piston rod in the housing and thereby eliminates the occurrence of vibrations during processing and improves the quality of processing;

- давление масла в гидравлической полости, образованной рабочим торцом поршень-штока, торцом направляющей втулки, внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и наружной поверхностью поршень-штока, имеющего меньший диаметр, контролируется с помощью установленного в корпусе электронного датчика, преобразующего значения давления в выходной аналоговый сигнал тока или напряжения, что позволяет применять электронные системы управления, автоматически настраивать требуемое давление (усилие) и использовать устройство в условиях автоматизированного производства.- the oil pressure in the hydraulic cavity formed by the working end face of the piston rod, the end of the guide sleeve, the inner cylindrical surface of the housing and the outer surface of the piston rod having a smaller diameter is controlled by an electronic sensor installed in the housing, which converts the pressure value into an analog output current signal or voltage, which allows the use of electronic control systems, automatically adjust the required pressure (force) and use the device in an automatic EventLog production.

Предлагаемое устройство представлено на чертежах (фиг.1, фиг.2). На фиг.1 представлен общий вид ультразвуковой головки, на фиг.2 - вид А фиг.1.The proposed device is presented in the drawings (figure 1, figure 2). Figure 1 presents a General view of the ultrasonic head, figure 2 is a view a of figure 1.

Устройство содержит корпус 1, акустическую систему, состоящую из преобразователя 2, соединенного с волноводом 3, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука 4, представляющий собой наконечник для упрочняющей обработки. Акустическая система с помощью гайки 5 закреплена во внутреннем гнезде полого поршень-штока 6 с двумя опорными наружными цилиндрическими поверхностями, большего и меньшего диаметров, на которых установлены гидравлические уплотнения 7. Одна из опорных поверхностей большего диаметра сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1, а другая, меньшего диаметра - с внутренней цилиндрической поверхностью направляющей втулки 8, установленной в корпусе и выполненной с возможностью ввинчивания в него. На наружной цилиндрической поверхности направляющей втулки имеется гидравлическое уплотнение 9. Направляющая втулка кроме дополнительной опоры для поршень-штока служит для настройки усилия обработки, путем регулировки длины замкнутой гидравлической полости, образованной рабочим торцом поршень-штока, торцом направляющей втулки, внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и наружной поверхностью поршень-штока, имеющего меньший диаметр. Гидравлическая полость заполнена маслом, давление в которой контролируется с помощью установленного в корпусе электронного датчика 10.The device comprises a housing 1, an acoustic system consisting of a transducer 2 connected to a waveguide 3, on the end part of which an ultrasound transducer 4 is fixed, which is a tip for hardening processing. The speaker system with a nut 5 is fixed in the inner socket of the hollow piston rod 6 with two supporting outer cylindrical surfaces, larger and smaller diameters, on which hydraulic seals are installed 7. One of the supporting surfaces of a larger diameter is paired with the inner cylindrical surface of the housing 1, and the other , smaller diameter - with the inner cylindrical surface of the guide sleeve 8 mounted in the housing and made with the possibility of screwing into it. On the outer cylindrical surface of the guide sleeve there is a hydraulic seal 9. In addition to the additional support for the piston rod, the guide sleeve serves to adjust the processing force by adjusting the length of the closed hydraulic cavity formed by the working end of the piston rod, the end of the guide sleeve, the inner cylindrical surface of the housing and the outer the surface of the piston rod having a smaller diameter. The hydraulic cavity is filled with oil, the pressure of which is controlled using an electronic sensor 10 installed in the housing.

На свободном конце поршень-штока установлена защитная втулка 11, на торце которой размещена пробка 12 с выполненными в ней отверстиями для вывода проводов обмотки преобразователя 13 и установки штуцера 14 для подвода воздушного охлаждения в акустическую систему. Для установки головки в резцедержателе станка предусмотрена планка 15, закрепленная в корпусе 1.At the free end of the piston rod, a protective sleeve 11 is installed, at the end of which there is a plug 12 with holes made therein for outputting the wires of the transformer winding 13 and installing a fitting 14 for supplying air cooling to the speaker system. To install the head in the tool holder of the machine provides a strap 15, mounted in the housing 1.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Устройство, установленное в резцедержателе (или револьверной головке) станка с ЧПУ, на быстром ходу подводится к обрабатываемой поверхности на расстоянии 0,2…0,5 мм от нее. Далее, для связи систем координат детали и инструмента в ручном режиме головка подводится к детали до касания рабочим инструментом обрабатываемой поверхности, и создается предварительный натяг, путем внедрения инструмента в деталь на величину заведомо меньше глубины внедрения инструмента, отвечающей требуемому давлению в гидравлической полости головки, необходимому для обработки, при этом значения координат, устанавливающих связь системы координат детали и инструмента, заносятся в соответствующую таблицу коррекции системы ЧПУ. Далее, путем ввинчивания направляющей втулки в корпусе устанавливается требуемое давление в гидравлической полости с помощью датчика, выходной аналоговый сигнал которого используется для визуализации значений давления в режиме реального времени.The device installed in the tool holder (or turret) of the CNC machine, at high speed is brought to the work surface at a distance of 0.2 ... 0.5 mm from it. Further, to connect the coordinate systems of the part and the tool in manual mode, the head is brought to the part until the working tool touches the surface to be machined, and a preload is created by introducing the tool into the part by a certain amount less than the depth of introduction of the tool corresponding to the required pressure in the hydraulic cavity of the head, necessary for processing, while the values of the coordinates that establish the relationship of the coordinate system of the part and the tool are entered in the corresponding correction table of the CNC system. Further, by screwing the guide sleeve into the housing, the required pressure in the hydraulic cavity is set using a sensor, the analog output signal of which is used to visualize the pressure values in real time.

Claims (1)

Устройство для автоматизированной ультразвуковой упрочняющей обработки, содержащее корпус, акустическую систему, состоящую из преобразователя, соединенного с волноводом, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, представляющий собой наконечник для упрочняющей обработки, направляющую втулку и гайку, отличающееся тем, что акустическая система с помощью гайки соосно закреплена во внутреннем гнезде полого поршня-штока, выполненного с двумя опорными наружными цилиндрическими поверхностями большего и меньшего диаметров, и рабочим торцом, образованным перепадом упомянутых опорных поверхностей, причем одна из опорных поверхностей большего диаметра сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, а другая, меньшего диаметра, - с внутренней цилиндрической поверхностью направляющей втулки, установленной в корпусе и выполненной с возможностью ввинчивания в него и служащей для обеспечения дополнительной опоры для поршня-штока, поднастройки усилия обработки и регулировки длины гидравлической полости, образованной рабочим торцом поршня-штока, торцом направляющей втулки и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, при этом гидравлическая полость заполнена маслом, давление в которой контролируется с помощью установленного в корпусе электронного датчика, преобразующего значения давления в выходной аналоговый сигнал тока или напряжения, используемый для визуализации значений давления в режиме реального времени, и для управления процессом обработки, например, с помощью системы ЧПУ. A device for automated ultrasonic hardening treatment, comprising a housing, an acoustic system consisting of a transducer connected to a waveguide, at the end of which an ultrasound transducer is fixed, which is a tip for hardening processing, a guide sleeve and a nut, characterized in that the acoustic system using a nut coaxially fixed in the inner cavity of the hollow piston-rod, made with two supporting outer cylindrical surfaces of larger and smaller diameter s, and a working end formed by the difference in the said supporting surfaces, one of the supporting surfaces of a larger diameter being conjugated with the inner cylindrical surface of the housing, and the other of a smaller diameter with the inner cylindrical surface of the guide sleeve installed in the housing and made to be screwed into it and serving to provide additional support for the piston rod, adjusting the processing force and adjusting the length of the hydraulic cavity formed by the working end face of the piston rod , the end of the guide sleeve and the inner cylindrical surface of the housing, while the hydraulic cavity is filled with oil, the pressure of which is controlled using an electronic sensor installed in the housing, which converts the pressure value into an output analog current or voltage signal used to visualize pressure values in real time, and to control the processing process, for example, using the CNC system.

Images