CN103481123A - 一种拉丝模自动超声整形加工机及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种拉丝模自动超声整形加工机及加工方法，属于超声波整形及抛光技术领域。立柱和X轴平移机构通过螺钉固定在所述底座上；X轴平移机构和Z轴升降机构分别由导轨、丝杠、移动平台机械部件和伺服电机组成，Z轴升降机构安装在立柱的正前面；超声换能器旋转机构通过转接块安装在Z轴升降机构的升降台上；砂轮旋转往复移动机构和工作台压力控制机构通过支架安装在X轴平移机构的移动台上；控制系统部件箱通过固定螺钉安装在立柱的左侧壁。本发明可以实现加工时间及加工压力的设定、工具针自动在线修磨、工具针和拉丝模自动定位、自动超声加工等功能，从而消除手工加工导致孔形一致性和稳定性差的问题，提高拉丝模的生产效率和生产质量。

Description

一种拉丝模自动超声整形加工机及加工方法

技术领域

本发明涉及一种拉丝模自动超声整形加工机及加工方法，属于超声波整形及抛光技术领域。

背景技术

拉丝模是拉制各种金属线材的重要工具，在拉丝过程中，金属丝通过模孔发生塑性变形达到预定尺寸精度和表面质量。我国是线材生产大国，产量居世界前列，随着现在制造业的发展，高速拉丝机得以广泛使用，如何提高模具使用寿命，降低生产成本，成为金属线材行业普遍关注的课题。拉丝模模孔制作包括激光打孔、模孔整形、模孔抛光三个主要过程，其中，模孔整形和抛光是决定拉丝模孔的形状、几何尺寸的关键过程。由于模芯材料具有极高的硬度，传统的机械加工方法难以实现对拉丝模工作区的加工。目前，国内外多采用超声整形的方法进行加工。在利用超声工具针整形加工的过程中，模孔内表面被加工的同时，超声工具针也必然发生磨损，且由于硬度原因，超声工具针的磨损率远大于模孔内壁材料的去除率。

超声工具针的磨损会严重影响模孔工作区几何尺寸的精确性，因此，加工中必须经常对超声工具针进行修磨，使其复原到原始精确的形状。利用CN202062262U公开的《拉丝模超声波整形抛光机》和CN301672397S公开的《超声波研磨抛光机》设备进行模孔超声加工，其超声加工和超声工具针修整是分开完成的，且全部通过手工操作完成。在加工过程中需要操作工人手动完成模孔与超声工具针的找正，然后开启超声加工，完成30秒钟左右的超声整形加工后，要马上将超声工具针及针杆从设备上拆下，用专用砂轮磨针机手工修磨。对于不熟练的操作工人，每次磨针完成后，还要用专用角度板对超声工具针进行检测校准，可见，超声整形加工对操作人员的熟练程度要求很高。另外，由于超声加工拉丝模是仿形加工，可能存在装夹的超声工具针不直、每次磨针角度不一致、针形不圆等种种情况，致使拉丝模具的质量难以保证。拆针、磨针、校对、再磨针、装针等辅助工作占去了模孔加工的大量时间，效率非常低。总之，传统手工加工方式难以保证拉丝模孔形尺寸及精度的一致性和稳定性，产品质量和生产效率低。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种拉丝模自动超声整形加工机及加工方法，提高拉丝模具的加工精度和加工效率，消除手工加工导致孔形一致性、稳定性差以及生产效率低等方面的缺陷，提升拉丝模整形加工设备的自动化水平。

一种拉丝模自动超声整形加工机，包括：底座、X轴平移机构、工作台压力控制机构、立柱、Z轴升降机构、超声换能器旋转机构、控制系统部件箱、砂轮旋转往复移动机构；立柱和X轴平移机构通过螺钉固定在所述底座上；X轴平移机构和Z轴升降机构分别由导轨、丝杠、移动平台机械部件和伺服电机组成，Z轴升降机构安装在立柱的正前面；超声换能器旋转机构通过转接块安装在Z轴升降机构的升降台上；砂轮旋转往复移动机构和工作台压力控制机构通过支架安装在X轴平移机构的移动台上；控制系统部件箱通过固定螺钉安装在立柱的左侧壁。

一种拉丝模自动超声整形加工方法，其特征是利用PLC控制器实现对X轴伺服电机、Z轴伺服电机、砂轮旋转电机、砂轮往复电机、工作台旋转电机、超声换能器旋转电机及压力传感机构实现拉丝模自动加工工作流程的控制；

Z轴升降机构带动超声工具针向下移动并与模具座工作台上的拉丝模孔相接触，压力传感装置可以感知超声工具针施加在拉丝模上的压力值并与设定压力相比较，从而实现拉丝模超声加工时压力的准确控制；

按照拉丝模的加工工艺设计控制系统的动作流程：初始化回零，超声工具针长度的测量，超声工具针磨针位置的计算，超声工具针砂轮修整定位，超声工具针砂轮修整，超声工具针和砂轮修整机构都返回零位，超声工具针与拉丝模进行加工定位，超声加工，加工完成后超声工具针回零，一次循环结束。

所述拉丝模自动超声整形加工机控制系统按照上述所述的动作流程，利用PLC控制器通过参数设定和压力传感信号的获取控制X轴平移机构伺服电机、Z轴升降机构伺服电机、砂轮旋转电机、砂轮往复移动电机、工作台旋转电机和超声换能器旋转电机实现拉丝模自动加工工作流程的控制。

本发明的优点是可以实现加工时间及加工压力的设定、超声工具针在线自动修磨、模孔与超声工具针自动定位、自动超声加工等功能，不仅可以消除手工加工导致孔形一致性、稳定性差等问题，而且可以简化生产加工工序，提高拉丝模的生产加工精度及加工效率。同时，开发具有自主知识产权的自动拉丝模超声整形加工设备，实现拉丝模整形和抛光的自动加工技术，不仅可以打破国外对拉丝模自动超声整形技术领域的垄断，填补我国在拉丝模自动超声整形领域的技术空白，实现拉丝模整形加工的自动化及参数的数据化，而且大大提高我国拉丝模具的品质和使用寿命。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1是本发明实施例的拉丝模自动超声整形加工机轴测视图；

图2是拉丝模自动超声整形加工机中Z轴升降机构结构视图；

图3是拉丝模自动超声整形加工机中X轴平移机构结构视图；

图4是拉丝模自动超声整形加工机控制系统流程图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1，一种拉丝模自动超声整形加工机，其主要机构包括：底座1、X轴平移机构2、工作台压力控制机构3、立柱4、Z轴升降机构5、超声换能器旋转机构6、控制系统部件箱7、砂轮旋转往复移动机构8；

所述立柱4和所述X轴平移机构2通过螺钉固定在所述底座1上；

所述X轴平移机构2和所述Z轴升降机构5分别由导轨、丝杠、移动平台机械部件和伺服电机组成，所述Z轴升降机构5安装在所述立柱4的正前面；

所述超声换能器旋转机构6通过转接块安装在Z轴升降机构5的升降台上；

砂轮旋转往复移动机构8和工作台压力控制机构3通过支架安装在X轴平移机构2的移动台上；

控制系统部件箱7通过固定螺钉安装在立柱4的左侧壁。

实施例2：如图1、图2、图3和图4所示，一种拉丝模自动超声整形加工机，主要结构包括底座1、X轴平移机构2、工作台压力控制机构3、立柱4、Z轴升降机构5、超声换能器旋转机构6、控制系统部件箱7、砂轮旋转往复移动机构8；

一种拉丝模自动超声整形加工机，其详细结构包括Z轴伺服电机9、Z轴升降台10、超声工具针11、传振杆12、超声换能器部件13、超声换能器旋转电机14、第一支撑滑轮15、钢丝绳16、配重17、压力传感装置18、砂轮往复电机19、模具座工作台20、砂轮往复电机轮21、砂轮往复运动连接杆22、砂轮23、砂轮罩24、砂轮支架25、砂轮旋转电机26、砂轮往复直线导轨27、X轴伺服电机28、支架29、工作台旋转电机30、工作台旋转皮带轮31、皮带32；

所述Z轴升降机构5主要包括Z轴伺服电机9、Z轴升降台10、第一支撑滑轮15、钢丝绳16、配重17；钢丝绳16的一端通过转接装置与Z轴升降台10相连接，钢丝绳16的另一端穿过第一支撑滑轮15的滑槽和第二支撑滑轮的滑槽后与配重17连接，超声换能器旋转机构6通过转接块与Z轴升降台10相连接，Z轴伺服电机9通过导轨和丝杠带动Z轴升降台10和超声换能器旋转机构6上下移动；

所述超声换能器旋转机构6主要包括超声工具针11、传振杆12、超声换能器部件13、超声换能器旋转电机14；超声工具针11与传振杆12通过螺纹连接，传振杆12通过螺杆安装在超声换能器部件13上，超声换能器部件13的外部结构设计为可旋转式结构，超声换能器旋转电机14通过联轴器和电机座与超声换能器部件13相连接，并带动超声换能器部件13、传振杆12和超声工具针11旋转。

所述工作台压力控制机构3主要包括压力传感装置18、模具座工作台20、工作台旋转电机30、工作台旋转皮带轮31、皮带32；压力传感装置18安装在模具座工作台20的下部，工作台旋转电机30通过电机座安装在支架29的右侧面，工作台旋转皮带轮31安装在工作台旋转电机30的电机轴上，工作台旋转电机30通过工作台旋转皮带轮31和皮带32带动模具座工作台20旋转。

所述砂轮旋转往复移动机构8主要包括砂轮往复电机19、砂轮往复电机轮21、砂轮往复运动连接杆22、砂轮23、砂轮罩24、砂轮支架25、砂轮旋转电机26、砂轮往复直线导轨27；砂轮往复直线导轨27安装在支架29上部，砂轮支架25通过螺钉固定在砂轮往复直线导轨27的滑动块上；砂轮旋转电机26和砂轮罩24固定在砂轮支架25的转动座上，转动座上的螺栓轴可以转动实现砂轮俯仰角度的调整；砂轮23通过过渡连接轴安装在砂轮旋转电机26上，并随电机轴一起转动；砂轮往复电机19通过电机座安装在支架29的背面，砂轮往复电机轮21直接安装在砂轮往复电机19的电机轴上；砂轮往复运动连接杆22两端内嵌滚珠轴承；通过2个连接轴分别与砂轮支架25和砂轮往复电机轮21相连接，并能实现往复运动。

实施例3：一种拉丝模自动超声整形加工机，参照图1，其示出了本发明实施例的拉丝模自动超声整形加工机轴测视图，由图可知，其主要包括底座1、X轴平移机构2、工作台压力控制机构3、立柱4、Z轴升降机构5、超声换能器旋转机构6、控制系统部件箱7、砂轮旋转往复移动机构8。立柱4和X轴平移机构2直接安装在底座1上，X轴平移机构2的平移台上面的部件可在水平面左右移动；Z轴升降机构5安装在立柱4的正面上，超声换能器旋转机构6安装在Z轴升降机构5的移动平台上，并可随之上下移动；控制系统部件箱7安装在立柱4的左侧面上。

参照图2，其示出了图1中Z轴升降机构5和超声换能器旋转机构6的结构视图，由图可以看出，其主要包括Z轴伺服电机9、Z轴升降台10、超声工具针11、传振杆12、超声换能器部件13、超声换能器旋转电机14、第一支撑滑轮15、钢丝绳16、配重17。Z轴升降机构5安装在立柱4的正面，Z轴伺服电机9电机轴通过联轴器、丝杠、丝母带动Z轴升降台10上下移动；钢丝绳16的一端通过转接装置与Z轴升降台10相连接，钢丝绳16的另一端穿过第一支撑滑轮15的滑槽和第二支撑滑轮的滑槽后与配重17连接，超声换能器旋转机构6通过转接块与Z轴升降台10相连接并随着Z轴升降台10上下移动；超声工具针11与传振杆12通过螺纹连接，传振杆12通过螺杆安装在超声换能器部件13上，超声换能器部件13的外部结构设计为可旋转式结构，超声换能器旋转电机14通过联轴器和电机座与超声换能器部件13相连接，并带动超声换能器部件13、传振杆12、超声工具针11旋转。

参照图3，其示出了图1中X轴平移机构及其上面装置结构图，由图可以看出，其主要包括压力传感装置18、砂轮往复电机19、模具座工作台20、砂轮往复电机轮21、砂轮往复运动连接杆22、砂轮23、砂轮罩24、砂轮支架25、砂轮旋转电机26、砂轮往复直线导轨27、X轴伺服电机28、支架29、工作台旋转电机30、工作台旋转皮带轮31、皮带32。X轴伺服电机28安装在X轴平移机构2主体部件上并带动X轴平移台左右移动；支架29固定在X轴平移机构2的平移台上，砂轮往复直线导轨27安装在支架29上部，砂轮支架25通过螺钉固定在砂轮往复直线导轨27的滑动块上；砂轮旋转电机26和砂轮罩24固定在砂轮支架25的转动座上，转动座上的螺栓轴可以转动实现砂轮俯仰角度的调整；砂轮23通过过渡连接轴安装在砂轮旋转电机26上，并随电机轴一起转动；砂轮往复电机19通过电机座安装在支架29的背面，砂轮往复电机轮21直接安装在砂轮往复电机19的电机轴上；砂轮往复运动连接杆22两端内嵌滚珠轴承，通过2个连接轴分别与砂轮支架25和砂轮往复电机轮21相连接，可以实现往复运动；压力传感装置18安装在模具座工作台20的下部，工作台旋转电机30通过电机座安装在支架29的右侧面，工作台旋转皮带轮31安装在工作台旋转电机30的电机轴上，工作台旋转电机30通过工作台旋转皮带轮31和皮带32带动模具座工作台20旋转。

参照图4，其示出了图1拉丝模自动超声整形加工机控制系统的流程图。由图可以看出自动超声整形加工机自动加工模具的工作流程描述如下：

实施例4：如图1、图2、图3和图4所示，

一种拉丝模自动超声整形加工方法，其动作流程含有以下步骤；

步骤（1）、开机后系统进入初始化状态，Z轴移动到原点Z0，X轴移动到原点X0；

步骤（2）、设定工作压力P、Z0到压力点垂直距离、Z0到砂轮中心垂直距离，并将3个数值输入控制系统；

步骤（3）、安装加工用针杆（已焊接工具针）及拉丝模；

步骤（4）、输入拉丝模的有效高度，循环次数n，以及加工参数（电流、时间等）；

步骤（5）、Z轴向下移动到设定的压力点，此时记录Z轴相对Z0移动的距离即Z轴绝对位置点；

步骤（6）、控制系统将步骤（5）中记录的Z轴移动距离的数值赋给变量，并计算出针长和磨针时Z轴的位置；

步骤（7）、Z轴移动到磨针的位置点；

步骤（8）、启动砂轮电机、摆动电机，以及超声振动系统旋转电机；

步骤（9）、X轴以快进、工进2种速度移动到磨针位置点，磨针定时结束磨针完成；

步骤（10）、Z轴返回Z0点；关断砂轮电机、砂轮往复电机以及超声振动系统旋转电机；

步骤（11）、X轴返回X0点；

步骤（12）、Z轴向下移动到压力开关动作的位置，此时压力传感器反馈的压力值等于P，记录此时Z轴位置点，打开工作台旋转电机；

步骤（13）、按设定的加工参数进行定时超声加工；

步骤（14）、定时结束后，关断超声电源，关断工作台旋转电机，加工完成；

步骤（15）、Z轴返回Z0点；

步骤（16）、控制系统对循环次数n进行判断，如果已达到设定的次数，程序结束，加工停止；如果未达到设定的次数，执行步骤（17）；

步骤（17）、控制系统将按照步骤（12）中记录的Z轴移动距离，再从步骤（6）按顺序执行到步骤（16）。

实施例5：如图1、图2、图3和图4所示，

一种拉丝模自动超声整形加工机包括：立柱、X轴平移机构、Z轴升降机构、工作台压力控制机构、砂轮旋转往复移动机构、超声换能器旋转机构及其控制系统部件箱；其特征是：底座上安装有立柱和X轴平移机构，立柱正面上装有Z轴升降机构，超声换能器旋转机构安装在Z轴升降机构的平移台上；砂轮旋转往复移动机构安装在支架的上部，工作台压力控制机构安装在支架的右侧，砂轮旋转往复移动机构和工作台压力控制机构通过支架安装在X轴平移机构的平移台上。

所述控制系统利用PLC控制器实现对X轴伺服电机、Z轴伺服电机、砂轮旋转电机、砂轮往复电机、工作台旋转电机、超声换能器旋转电机及压力传感机构实现拉丝模自动加工工作流程的控制。

所述砂轮往复移动机构主要包括砂轮往复电机、砂轮往复电机轮、砂轮往复运动连接杆、砂轮、砂轮罩、砂轮支架、砂轮旋转电机、砂轮往复直线导轨，砂轮往复直线导轨选用宽幅直线移动导轨，砂轮往复电机采用行星齿轮减速电机。

所述工作台压力控制机构主要包括压力传感装置、模具座工作台、工作台旋转电机、工作台旋转皮带轮、皮带；压力传感装置安装在模具座工作台的下部，Z轴升降机构带动超声工具针向下移动并与模具座工作台上的拉丝模孔相接触，压力传感装置可以感知超声工具针施加在拉丝模上的压力值并与设定压力相比较，从而实现拉丝模超声加工时压力的准确控制。

所述超声换能器旋转机构主要包括超声工具针、传振杆、超声换能器部件、超声换能器旋转电机；超声工具针通过螺纹与传振杆连接，传振杆通过螺杆安装在超声换能器部件上，超声换能器部件的外部结构设计为可旋转式结构，超声换能器旋转电机通过联轴器和电机座与超声换能器部件相连接，并带动超声换能器部件、传振杆、超声工具针旋转。

所述控制系统的动作流程如图4所示，详细过程为：初始化回零，超声工具针长度的测量，超声工具针磨针位置的计算，超声工具针砂轮修整定位，超声工具针砂轮修整，超声工具针和砂轮修整机构均返回零位，超声工具针与拉丝模进行加工定位，超声加工，加工完成后超声工具针回零，一次循环结束。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种拉丝模自动超声整形加工机，其特征是包括：底座、X轴平移机构、工作台压力控制机构、立柱、Z轴升降机构、超声换能器旋转机构、控制系统部件箱、砂轮旋转往复移动机构；立柱和X轴平移机构通过螺钉固定在所述底座上；X轴平移机构和Z轴升降机构分别由导轨、丝杠、移动平台机械部件和伺服电机组成，Z轴升降机构安装在立柱的正前面；超声换能器旋转机构通过转接块安装在Z轴升降机构的升降台上；砂轮旋转往复移动机构和工作台压力控制机构通过支架安装在X轴平移机构的移动台上；控制系统部件箱通过固定螺钉安装在立柱的左侧壁。

2.根据权利要求1的一种拉丝模自动超声整形加工机，其特征是Z轴升降机构主要包括Z轴伺服电机、Z轴升降台、支撑滑轮、钢丝绳、配重；钢丝绳的一端通过转接装置与Z轴升降台相连接，钢丝绳的另一端穿过第一支撑滑轮的滑槽和第二支撑滑轮的滑槽后与配重连接，超声换能器旋转机构通过转接块与Z轴升降台相连接，Z轴伺服电机通过导轨和丝杠带动Z轴升降台和超声换能器旋转机构上下移动。

3.根据权利要求1所述的一种拉丝模自动超声整形加工机，其特征是超声换能器旋转机构主要包括超声工具针、传振杆、超声换能器部件、超声换能器旋转电机；超声工具针与传振杆通过螺纹连接，传振杆通过螺杆安装在超声换能器部件上，超声换能器部件的外部结构为可旋转式结构，超声换能器旋转电机通过联轴器和电机座与超声换能器部件相连接，并带动超声换能器部件、传振杆和超声工具针旋转。

4.根据权利要求1所述的一种拉丝模自动超声整形加工机，其特征是工作台压力控制机构主要包括压力传感装置、模具座工作台、工作台旋转电机、工作台旋转皮带轮、皮带；压力传感装置安装在模具座工作台的下部，工作台旋转电机通过电机座安装在支架的右侧面，工作台旋转皮带轮安装在工作台旋转电机的电机轴上，工作台旋转电机通过工作台旋转皮带轮和皮带带动模具座工作台旋转。

5.根据权利要求1所述的一种拉丝模自动超声整形加工机，其特征是砂轮旋转往复移动机构主要包括砂轮往复电机、砂轮往复电机轮、砂轮往复运动连接杆、砂轮、砂轮罩、砂轮支架、砂轮旋转电机、砂轮往复直线导轨；砂轮往复直线导轨安装在支架上部，砂轮支架通过螺钉固定在砂轮往复直线导轨的滑动块上；砂轮旋转电机和砂轮罩固定在砂轮支架的转动座上，转动座上的螺栓轴可以转动实现砂轮俯仰角度的调整；砂轮通过过渡连接轴安装在砂轮旋转电机上，并随电机轴一起转动；砂轮往复电机通过电机座安装在支架的背面，砂轮往复电机轮直接安装在砂轮往复电机的电机轴上；砂轮往复运动连接杆两端内嵌滚珠轴承，通过2个连接轴分别与砂轮支架和砂轮往复电机轮相连接，从而能实现往复运动。

6.一种拉丝模自动超声整形加工方法，其特征是利用PLC控制器实现对X轴伺服电机、Z轴伺服电机、砂轮旋转电机、砂轮往复电机、工作台旋转电机、超声换能器旋转电机及压力传感机构的控制实现拉丝模自动加工工作流程的控制；

Z轴升降机构带动超声工具针向下移动并与模具座工作台上的拉丝模孔相接触，压力传感装置可以感知超声工具针施加在拉丝模上的压力值并与设定压力相比较，从而实现拉丝模超声加工时压力的准确控制。

7.根据权利要求6的一种拉丝模自动超声整形加工方法，其特征是含有以下步骤；

步骤（1）、开机后系统进入初始化状态，Z轴移动到原点Z0，X轴移动到原点X0；

步骤（2）、设定工作压力P、Z0到压力点垂直距离、Z0到砂轮中心垂直距离，并将3个数值输入控制系统；

步骤（3）、安装加工用针杆（已焊接工具针）及拉丝模；

步骤（4）、输入拉丝模的有效高度，循环次数n，以及加工参数（电流、时间等）；

步骤（5）、Z轴向下移动到设定的压力点，此时记录Z轴相对Z0移动的距离即Z轴绝对位置点；

步骤（6）、控制系统将步骤（5）中记录的Z轴移动距离的数值赋给变量，并计算出针长和磨针时Z轴的位置；

步骤（7）、Z轴移动到磨针的位置点；

步骤（8）、启动砂轮电机、摆动电机，以及超声振动系统旋转电机；

步骤（9）、X轴以快进、工进2种速度移动到磨针位置点，磨针定时结束磨针完成；

步骤（10）、Z轴返回Z0点；关断砂轮电机、砂轮往复电机以及超声振动系统旋转电机；

步骤（11）、X轴返回X0点；

步骤（12）、Z轴向下移动到压力开关动作的位置，此时压力传感器反馈的压力值等于P，记录此时Z轴位置点，打开工作台旋转电机；

步骤（13）、按设定的加工参数进行定时超声加工；

步骤（14）、定时结束后，关断超声电源，关断工作台旋转电机，加工完成；

步骤（15）、Z轴返回Z0点；

步骤（16）、控制系统对循环次数n进行判断，如果已达到设定的次数，程序结束，加工停止；如果未达到设定的次数，执行步骤（17）；

步骤（17）、控制系统将按照步骤（12）中记录的Z轴移动距离，再从步骤（6）按顺序执行到步骤（16）。

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