[发明专利]精密超声打孔机及其工具头角度调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种打孔设备，尤其涉及一种精密超声打孔机及其工具头角度调整方法。

背景技术

硬脆性材料如蓝宝石、玻璃、工程陶瓷等具有良好的机械化学性质，常常被用来制造精密元件，在光学、航空航天、半导体等领域已得到广泛的应用。然而由于硬脆性材料的高硬度和高脆性，使得对其加工非常困难，而针对硬脆性材料孔的加工则更具有挑战性。针对硬脆性材料的圆孔加工目前主要采用铣磨加工，然而这种方法无法实现对微小孔、异型孔以及大深径比孔的加工。超声加工是近几十年发展起来的一种新的加工方法，被广泛应用于硬脆性材料的精密加工，包括超声打孔加工。超声打孔原理是通过工具头的超声频率振动带动磨粒冲击工件表面，达到去除工件材料的目的。针对硬脆性材料的孔加工，超声打孔具有很好的效果。

然而，在超声打孔加工中，尤其是微小孔和深孔加工过程中，工具头与导轨间的平行度要求非常严格，如果工具头与导轨间存在一定的角度偏差，将使得工具头磨损更为严重、孔的形状精度变差，如果角度偏差过大，甚至无法实现深孔的加工。但由于制造和安装的误差，使得工具头轴线与导轨之间存在一定的角度偏差，这将对超声打孔尤其是深孔的加工精度造成严重的影响。

发明内容

本发明提供了精密超声打孔机及其工具头角度调整方法，其克服了背景技术中精密超声打孔机所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

精密超声打孔机，包括机架、导轨、滑块、超声振动系统、工具头、进给系统、角度调节装置和位移传感器；该导轨沿Z轴固设在机架，该滑块滑接在导轨上，该进给系统连接滑块以能带动滑块沿Z轴滑动；该工具头装接在超声振动系统上；该角度调节装置至少包括X轴角度微动台和Y轴角度微动台，该X轴角度微动台能绕X轴转动地装接在滑块，该Y轴角度微动台能绕Y轴转动地装接在X轴角度微动台，该超声振动系统装接在Y轴角度微动台，通过角度调节装置能调节超声振动系统的角度，能调节工具头的角度；该位移传感器装接在机架上用于检测工具头移动前后位移传感器的两次测量值之差及工具头沿导轨的进给量，依据两次测量值之差及进给量并通过角度调节装置对工具头角度进行调整。

一实施例之中：该位移传感器采用激光位移传感器。

一实施例之中：该机架包括机床主体和机床底座，该机床主体固接在机床底座上，该导轨固接在机床主体上，该位移传感器通过夹具固定于机床底座上，该位移传感器的探测方向平行于X轴或Y轴。

一实施例之中：该机架包括机床主体和机床底座，该机床主体固接在机床底座上，该导轨固接在机床主体上；配设有两套上述的位移传感器，该两套位移传感器都通过夹具固定于机床底座上，且该两套位移传感器的探测方向分别平行于X轴或Y轴。

一实施例之中：还包括处理器和角度驱动系统，该角度驱动系统传动连接X轴角度微动台和Y轴角度微动台以能带动X轴角度微动台、Y轴角度微动台转动；该处理器信号连接位移传感器和角度驱动系统。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

上述的精密超声打孔机的工具头角度调整方法，包括：

步骤1：将工具头粗调至与导轨大致平行的位置，将位移传感器对准工具头上一点，且位移传感器探测方向平行于X轴，固定位移传感器于机架上；

步骤2：开启进给系统，工具头沿导轨方向移动一定距离，记录下工具头移动前后位移传感器的两次测量值之差δ及工具头沿导轨的进给量L；

步骤3：调整Y轴角度微动台，调整量为：

步骤4：调整位移传感器探测方向至平行于Y轴，参照步骤1至步骤3测量出δ值与L值，计算出s值，调整X轴角度微动台。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

依据两次测量值之差及进给量并通过角度调节装置对工具头角度进行调整，能对工具头进行精准调节，使工具头轴线与导轨平行，有效地保证了打孔精度和起到保护工具头的作用，特别在硬脆性材料深孔加工中具有重要意义，且操作简单，方法便捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的一种深孔精密超声打孔机的结构示意图。

图2为本发明的角度调节装置的结构示意图。

图3为本发明的调整方法的原理图。

具体实施方式