超声车削测力专用夹具及使用方法

1.本发明涉及一种超声车削过程中车削力测量技术，具体是一种超声车削测力专用夹具及使用方法，属于金属加工技术领域。


背景技术：

2.随着超声技术的发展，目前已经被大量应用于各类加工工艺，且取得了较为卓越的成效，超声车削更是被诸多学者所关注研究。然而超声车刀由于其体积远大于普通车削刀具，传统的车刀架难于完成装夹，同时由于目前尚无专用于超声车刀的测力装置，因此车削参数中较为重要的切削力更是难以测量。此外，普通车床对刀时绝大多数仍靠人眼进行判断，多次车削之间易形成较大误差，同时刀尖与工件中心线不平齐易增加刀具磨损，降低刀具寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了针对超声车刀在装夹及测力过程中的不足之处，提供了一种超声车削测力专用夹具，该夹具解决了目前超声车刀难于装夹于普通车床、无法与目前绝大多数测力仪相配合测力等问题，同时通过定位装置识别加工件中心线并实现自动化对刀，避免了人工对刀所产生的误差，一定程度上保证加工质量，提高刀具寿命。
4.本发明的另一目的在于提供一种上述超声车削测力专用夹具的使用方法。
5.本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
6.一种超声车削测力专用夹具，包括移动装置、装夹装置和定位装置，所述移动装置包括竖直移动机构和水平移动机构，所述装夹装置包括车床夹板、测力仪夹板和车刀夹板，所述车床夹板与竖直移动机构相连，所述测力仪夹板与水平移动机构相连，所述车刀夹板通过自由伸缩杆与测力仪夹板相连，所述定位装置安装在车刀夹板的外侧。
7.进一步的，所述竖直移动机构包括电机、竖直方向丝杠和竖直方向导轨，所述车床夹板的一端开有丝杠螺纹孔和导轨光孔，车床夹板通过丝杠螺纹孔与竖直方向丝杠相连，所述竖直方向导轨穿过导轨光孔，所述电机的输出轴与竖直方向丝杠相连。
8.进一步的，所述水平移动机构包括调节把手、水平方向丝杠和水平方向导轨，所述测力仪夹板上开有丝杠螺纹槽和导轨槽，测力仪夹板通过丝杠螺纹槽与水平方向丝杠相连，所述水平方向丝杠的端部穿过螺纹槽与调节把手固定相连，所述水平方向导轨与导轨槽配合，所述调节把手设置有对应的刻度盘。
9.进一步的，所述移动装置还包括连接架，所述竖直移动机构和水平移动机构分别与连接架固定相连。
10.进一步的，所述车床夹板的下部设置有限位块。
11.进一步的，所述车床夹板上设置有车床固定长条孔，所述车床固定长条孔通过螺钉与车床固定相连。
12.进一步的，所述测力仪夹板上钻有两排螺纹孔，所述螺纹孔通过螺钉与测力仪基
座相连，完成测力仪基座的固定装夹。
13.进一步的，所述车刀夹板的内侧设置有车刀紧固螺钉和车刀卡槽，所述车刀卡槽用于装入车刀，并通过车刀紧固螺钉固定，所述车刀夹板的底面上设置有两排端面光孔，所述端面光孔通过螺钉与测力仪上表面贴合固定，所述车刀夹板的底面两侧分别设置有固定孔，所述固定孔与自由伸缩杆相连。
14.进一步的，所述定位装置为红外线接收发射器，所述红外线接收发射器的安装位置与车刀夹板的车刀卡槽平齐。
15.本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
16.一种超声车削测力专用夹具的使用方法，所述夹具为上述的超声车削测力专用夹具，其特征在于，所述方法包括：将车床夹板固定在车床上，将自由伸缩杆拉开至伸长状态，将测力仪放置于测力仪夹板上，对应测力仪夹板的螺纹孔将螺钉拧紧，完成测力仪的固定；缩短自由伸缩杆，使车刀夹板的底面与测力仪贴合，并使用螺钉将车刀夹板与测力仪上表面固定；将车刀装入车刀夹板的车刀卡槽，拧紧车刀紧固螺钉，完成车刀的固定；车削加工时，旋转调节把手使车刀刀尖处于正确的水平位置，开启定位装置，识别工件的中心线；驱动电机控制竖直方向丝杠旋转，带动车刀调节竖直方向位置，完成对刀工作；当不需要测力任务时，将自由伸缩杆缩至最短，令车刀夹板与测力仪夹板处于稳定状态。
17.本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
18.1、本发明针对超声车刀体积远大于普通车刀难于装夹的问题，所涉及夹具扩大了夹持端与底板之间距离，适用于各类型号体积车刀，使之能够装夹在各类普通车床上。
19.2、本发明针对现有技术尚无超声车刀专用测力仪及配套夹具的问题，使超声车刀能够与普通测力仪搭配完成车削力测量工作。
20.3、本发明针对普通车床仍普遍采用人眼对刀的问题，设置红外线接收发射器的定位装置，用于定标夹持工件的中心线高度，并依靠电机带动丝杠控制车刀高度调节，使车刀刀尖与工件中心线高度平齐，减少人为因素带来的加工误差及刀具寿命降低。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例的超声车削测力专用夹具整体结构图。
23.图2为本发明实施例的测力仪夹板与车床夹板组合结构图。
24.图3为本发明实施例的测力仪夹板结构图。
25.图4为本发明实施例的车床夹板打孔示意图。
26.图5为本发明实施例的车刀夹板结构图。
27.其中，1-车床夹板，101-丝杠螺纹孔，102-导轨光孔，103-车床固定长条孔，2-测力仪夹板，201-螺纹孔，3-车刀夹板，301-车刀紧固螺钉，302-车刀卡槽，303-端面光孔，304-固定孔，4-自由伸缩杆，5-红外线接收发射器，6-电机，7-竖直方向丝杠，8-竖直方向导轨，9-调节把手，10-水平方向丝杠，11-水平方向导轨，12-刻度盘，13-连接架，14-限位块。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例：
30.如图1所示，本实施例提供了一种超声车削测力专用夹具，该夹具包括移动装置、装夹装置和定位装置，移动装置包括竖直移动机构和水平移动机构，水平移动机构设置在竖直移动机构上，装夹装置为夹具的主体结构，其包括车床夹板1、测力仪夹板2和车刀夹板3，车床夹板1与竖直移动机构相连，测力仪夹板2与水平移动机构相连，车刀夹板3通过自由伸缩杆4与测力仪夹板2相连，定位装置为红外线接收发射器5，红外线接收发射器5安装在车刀夹板3的外侧。
31.如图1～图4所示，竖直移动机构包括电机6、竖直方向丝杠7和竖直方向导轨8，车床夹板1的一端开有丝杠螺纹孔101和导轨光孔102，车床夹板1通过丝杠螺纹孔101与竖直方向丝杠7相连，竖直方向导轨8穿过导轨光孔102，电机6的输出轴与竖直方向丝杠7相连，通过驱动电机6可以使竖直方向丝杠7旋转。
32.水平移动机构包括调节把手9、水平方向丝杠10和水平方向导轨11，测力仪夹板2上开有丝杠螺纹槽和导轨槽，测力仪夹板通过丝杠螺纹槽与水平方向丝杠10相连，水平方向丝杠10的端部穿过螺纹槽与调节把手9固定相连，水平方向导轨11与导轨槽配合，调节把手9设置有对应的刻度盘12，该刻度盘12可以对照移动距离。
33.为了使车床夹板1和测力仪夹板2的稳定性更好，本实施例的竖直方向导轨8和水平方向导轨11均设置两条，相应地，导轨光孔102和导轨槽均为两个。
34.为了使水平移动机构设置在竖直移动机构上，本实施例的移动装置还包括连接架13，竖直移动机构和水平移动机构分别与连接架13固定相连，具体地，竖直方向丝杠7和竖直方向导轨8分别与连接架13固定相连，且水平方向丝杠10和水平方向导轨11分别与连接架固定相连，通过连接架13使得竖直移动机构、水平移动机构、车床夹板1和测力仪夹板2连成一体结构。
35.进一步地，车床夹板1的下部设置有限位块14，通过限位块14可以增强夹具的稳定性；车床夹板1上设置有车床固定长条孔103，车床固定长条孔103为四个，四个车床固定长条孔103通过螺钉与车床固定相连，从而将夹具整体固定于车床上。
36.进一步地，测力仪夹板2上钻有两排螺纹孔201，螺纹孔201通过螺钉与测力仪基座相连，完成测力仪基座的固定装夹。
37.如图1和图5所示，车刀夹板3用于夹持固定车刀，车刀夹板3的内侧设置有车刀紧固螺钉301和车刀卡槽302，车刀卡槽302与传统车刀架结构类似，用于装入车刀，并通过车刀紧固螺钉301固定，该车刀为超声车刀；车刀夹板3的底面上设置有两排端面光孔303，端面光孔通过螺钉与测力仪上表面贴合固定，车削时通过车刀夹板3将车削力传导至测力仪；车刀夹板的底面两侧分别设置有固定孔304，固定孔304与自由伸缩杆4相连，自由伸缩杆4用于保持整个装夹装置的一体性和稳固性；红外线接收发射器5的安装位置与车刀夹板3的车刀卡槽302平齐，便于反馈工件中心线与车刀刀尖的相对位置，通过红外线接收发射器5
确定车削工件的中心高度，进而控制电机6转动，使车刀在竖直方向上移动，最终刀尖与工件中心线处于同一水平线。
38.本实施例的超声车削测力专用夹具的使用方法，具体包括：应用于普通车床，安装前拆卸下车床原有车刀架，并车床夹板1固定在原有车刀架的安装位置，即可固定在车床上，将自由伸缩杆4拉开至伸长状态，将测力仪放置于测力仪夹板2上，对应测力仪夹板2的螺纹孔201将螺钉拧紧，完成测力仪的固定；缩短自由伸缩杆4，使车刀夹板3的底面与测力仪贴合，并使用螺钉将车刀夹板3与测力仪上表面固定；将车刀装入车刀夹板3的车刀卡槽302，拧紧车刀紧固螺钉301，完成车刀的固定；车削加工时，旋转调节把手9使车刀刀尖处于正确的水平位置，开启红外线接收发射器5，识别工件的中心线；驱动电机6控制竖直方向丝杠7旋转，带动车刀调节竖直方向位置，完成对刀工作；当不需要测力任务时，将自由伸缩杆4缩至最短，令车刀夹板3与测力仪夹板2处于稳定状态。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和约定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
40.综上所述，本发明解决了超声车刀由于体积较大，无法通过传统夹具与测力仪相配合的难题，设置水平、竖直两个方向丝杠导轨用于适应不同型号大小的车床和超声车刀，并且可以完成对车刀位置的微调，同时通过红外反馈识别工件中心线高度，实现自动对刀功能。
41.以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。