一种高频纵扭复合振动海绵取条工作台及应用技术领域
本发明属于转印辊加工设备，具体涉及一种高频纵扭复合振动海绵取条工作台。
背景技术
打印机或复印机的转印辊一般包括金属芯轴和套设在金属芯轴之外的弹性体层，
所述弹性体层通常是上述弹性材料，为了设置内部芯轴，需要在弹性材料上开通孔。转印辊
属于打印机或复印机的核心部件，对于尺寸精度和外形的平整度要求都非常高。
目前在海绵上取条可以考虑如下两种方式：其一采用刀具钻孔加工，比如中国专
利CN201856270U中公开了上述技术方案，但在旋转刀具作用下，会轴向受到水平和扭转的
力，导致多方向形变，为了保证加工的孔圆度、尺寸和轴向水平度则必须通过人工操作随时
调整受力来实现，即使这样也存在较高的次品率，所以加工成本高，效率低。其二利用发泡
海绵本身遇热容易融化的特性，采用电热丝或激光取条，但热切割会对加工材料表面造成
损伤，控制难度大，加工效率低，加工过程还会产生大量有害气体，污染环境。
并且上述无法实现自动化操作，人力成本过高，生产效率也较低。
发明内容
本发明提供了一种高频纵扭复合振动海绵取条工作台，用以解决目前转印辊的弹
性体层加工效率低，自动化程度低，产品精度低等问题。
本发明提供了上述高频纵扭复合振动海绵取条工作台用于转印辊上弹性体层的
加工，用以解决目前弹性体层产品率低，生产效率低，成本高等问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述高频纵扭复合振动海绵取条
工作台，包括底座、设置在所述底座上的水平移动机构、设置在水平移动机构上的固定架、
设置在所述底座上的竖直移动机构、设置在所述竖直移动机构上的支撑架和设置在所述支
撑架上且位于所述固定架上方的高频纵扭复合振动取条装置，所述高频纵扭复合振动取条
装置包括超声波发生器、与所述超声波发生器通过导线相连的超声波换能器、与所述超声
波换能器相连的至少一级变幅杆和与所述变幅杆相连的管状刀具。
待加工工件置于所述固定架上，可根据需要随水平移动机构做在水平方向上移
动，所述高频纵扭复合振动取条装置在竖直移动机构带动下下移，随管状刀具穿过所述待
加工工件，完成取条作业。
进一步的，所述固定架包括承载所述待加工工件的底板、环绕所述底板且与待加
工工件外形相匹配的外框和设置在底板下且固定在所述水平移动机构上的底脚，所述底板
上设有容许所述管状刀具穿过的空档。
进一步的，所述外框上设有卡设待加工工件的内翻边。
进一步的，所述底板距所述水平移动机构1-5cm。
进一步的，所述固定架通过螺栓固定在所示水平移动机构上。
进一步的，所述管状刀具包括与所述变幅杆相接的连接头、内含空腔的管体和刃
口，所述管体底端与连接头相连，所述管体顶端与所述刃口相连，所述管体与连接头连接处
设有圆弧过渡结构。
进一步的，所述管体为多层环套结构。
进一步的，所述每层管体上设置有纵扭复合振动转换结构，所述纵扭复合振动转
换结构为螺旋斜槽结构、螺旋斜孔结构、沿螺旋线路径阵列孔结构或螺旋结构，纵扭复合振
动转换结构为螺旋斜槽结构时，螺旋斜槽中心线的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动
转换结构为螺旋斜孔结构时，螺旋斜孔中心线的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振动转
换结构为沿螺旋线路径阵列孔结构时，螺旋线路径的螺旋升角在3-87度之间；纵扭复合振
动转换结构为螺旋结构时，螺旋结构的螺旋角在3-87度之间。
进一步的，所述超声波换能器产生轴向振动，振动频率为10-120kHz.
进一步的，所述管体的管壁厚度为0.5-3mm。
进一步的，所述刃口通过焊接设置在管体上。
进一步的，所述管体的材料为TC4钛合金或316L不锈钢，所述刃口的材料为TC4钛
合金或316L不锈钢或高速钢或硬质合金。
进一步的，所述刃口整体为倒圆台型，斜度为1:5-1:100。
进一步的，所述刃口的末端具有圆周均匀分布的月牙形缺口，每个月牙形缺口均
具有锋利边沿，在相邻的两个月牙形缺口中间具有一个锋利尖角。
进一步的，所述连接头内设有通道，所述通道一端与外接空气压缩机相通，另一端
与所述管体的空腔相通。
进一步的，所述水平移动机构包括设置在所述底座上的纵向运动平台和设置在纵
向运动平台上的横向运动平台；所述竖直移动机构包括设置在所示底座上的立柱、设置在
立柱上的驱动电机和通过联轴器与驱动电机相连的丝杆，所述支撑架通过螺母副设置在丝
杆上。
进一步的，所述竖直移动机构还包括竖直微调机构，所述竖直微调机构通过螺母
副设置在丝杆上，所述支撑架与竖直微调机构相连。
本发明还提供了上述高频纵扭复合振动海绵取条工作台的一个用途，用于转印辊
的弹性体层的成型加工，包括如下步骤：1）提取空心条形坯体；2）空心条形坯体外轮廓打磨
成型；其中步骤1）通过所述高频纵扭复合振动海绵取条工作台完成，也就是说所述高频纵
扭复合振动海绵取条工作台可以从待加工工件中提取出圆柱空心条形坯体，即空心圆柱形
的转印辊。
本发明提供的技术方案通过高频振动的方式在海绵上轻松取条，取条过程稳定，
孔径尺寸精度高，孔壁表面平整无损伤，待加工工件通过水平移动机构实现二维平面内的
任意轨迹移动，取条装置通过竖直移动机构可实现上下精确运动，通过固定架可根据要求
在待加工工件特定位置进行精确的自动控制取条，对精度要求较高的转印辊的自动化加工
意义重大。
附图说明
图1是本发明所述高频纵扭复合振动海绵取条工作台一具体实施方式的结构示意
图；
图2是本发明所述固定架一具体实施方式的剖视图；
图3是图2的俯视图；
图4是图1中所示待加工工件取条剖视图；
图5是图4的俯视图；
图6是本发明所述管状刀具一具体实施方式的结构示意图；
图7是本发明所述管状刀具实施方式的另一局部剖结构示意图；
图8是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋斜槽结构局部视图；
图9是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋斜孔结构结构局部视图；
图10是所述管体中纵扭复合振动转换结构的沿螺旋线路径阵列孔结构局部视图；
图11是所述管体中纵扭复合振动转换结构的螺旋结构局部视图；
图中所示：
10-待加工工件，20-通孔，23-空心条形坯体；
1-底座，3-固定架，5-支撑架；
21-纵向运动平台，22-横向运动平台；
31-底板，32-外框、33-底脚，34-内翻边；
41-立柱，42-驱动电机，43-联轴器，44-丝杆，45-螺母副,46-竖直微调机构；
11-超声波发生器，12-导线，13-超声波换能器，14-变幅杆，15-管状刀具；
151-连接头、155-圆弧过渡结构、156-空腔、157-通道、158-内管纵扭复合振动转换结
构、159-外管纵扭复合振动转换结构；
1531-内刃口、1532-外刃口、1541-内层管锋利尖角、1542-外层管锋利尖角、1521-内层
管体、1522-外层管体，1551-内层管月牙形缺口、1552-外层管月牙形缺口；
1581-螺旋斜槽结构、1582-螺旋斜孔结构、1583-沿螺旋线路径阵列孔结构、1584-螺旋
结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的高频纵扭复合振动海绵取条工作台
和应用作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需
说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说
明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明所述高频纵扭复合振动海绵取条工作台，包括底座1、设置在所
述底座1上的水平移动机构、设置在水平移动机构上的固定架3、设置在所述底座1上的竖直
移动机构、设置在所述竖直移动机构上的支撑架5和设置在所述支撑架5上且位于所述固定
架3上方的高频纵扭复合振动取条装置。待加工工件10也就是海绵块卡设在固定架3内。
如图1所示，所述水平移动机构包括纵向运动平台21和横向运动平台22，滚珠丝杠
驱动形式的纵向运动平台21通过螺栓联接设置在底座1上，滚珠丝杠驱动形式的横向运动
平台22通过螺栓联接设置在纵向运动平台21上，固定架3通过螺栓联接设置在横向运动平
台22上，通过纵向运动平台21、横向运动平台22的配合驱动，固定架3带动待加工工件10实
现横向和纵向的复合二维平面内的任意轨迹移动。
继续参见图1，所述竖直移动机构包括设置在所示底座1上的立柱41、设置在立柱
41上的驱动电机42、通过联轴器43与驱动电机42相连的丝杆44和通过螺母副45设置在丝杆
44上的竖直微调机构45，所述支撑架5设置在所述竖直微调机构46的丝杆44上。
继续参见图1，所述高频纵扭复合振动取条装置包括超声波发生器11、与所述超声
波发生器11通过导线12相连的超声波换能器13、与所述超声波换能器13相连的变幅杆14和
与所述变幅杆14相连的管状刀具15。
如图2所示，所述固定架3包括承载所述待加工工件10的底板31、环绕所述底板31
的外框32和设置在底板10下的底脚33，所述底板31距所述水平移动机构高出3cm，所述底脚
33通过螺栓固定在横向运动平台22上，所述外框31顶端设有内翻边34，待加工工件10可卡
设其中。
所述超声波换能器11产生轴向振动，即图中上下振动，振动频率为18.5kHz。
如图6和图7所示，所述管状刀具15包括与所述变幅杆14相接的圆柱形连接头151、
内含空腔156的内层管体1521和外层管体1522、内刃口1531和外刃口1532。
继续参见图6和图7，所述连接头151内设有通道157，所述通道157一端外接空气压
缩机（未示），另一端与所述空腔156相通。
继续参见图6和图7，所述内含空腔156的内层管体1521和外层管体1522一端与连
接头151通过螺纹连接，另一端焊接所述内刃口1531和外刃口1532，所述内层管体1521的内
径为5mm，外层管体1522的内径为12mm，内层管体1521和外层管体1522的管壁均为1mm，内层
管体1521和外层管体1522的材料为TC4钛合金，所述刃口的材料为高速钢。所述内刃口1531
和外刃口1532整体均为倒圆台型，斜度为1:10。内刃口1531末端具有圆周均匀分布的8个月
牙形缺口1551，外刃口1532末端具有圆周均匀分布的18个月牙形缺口1552，每个月牙形缺
口1551和1552均具有锋利边沿，月牙形缺口1551和1552的圆弧半径为2mm，在相邻的两个月
牙形缺口1551和1552中间具有一个锋利尖角1541和1542。
继续参见图6和图7，所述内层管体1521中间设置的纵扭复合振动转换结构158和
外层管体1522中间设置的纵扭复合振动转换结构159均为螺旋斜孔结构，螺旋斜孔中心线
的螺旋升角为45度；纵扭复合振动转换结构158和159将超声换能器产生的一部分纵向振动
转换为圆周方向的扭转振动，驱动管体前端的刃口进行纵扭复合高频振动，内层管体1521
前端内刃口1531纵向振动幅值为76微米，扭转振动幅值为20微米；外层管体1512前端外刃
口1532纵向振动幅值为74微米，扭转振动幅值为21微米。
如图1所示，采用上述高频纵扭复合振动海绵取条工作台进行转印辊的弹性体层
的成型加工，待加工工件10尺寸为厚度340mm，长度1000mm，宽度600mm的海绵坯体，要在其
上依次加工出矩阵排列的多个空心条形坯体23，空心条形坯体内径（通孔20）5mm，外径
12mm，长度为340mm。如图3所示，所述底板31呈格栅状，所述管状刀具15穿过部分，也就是空
心条形坯体23所处位置被空出来，所述外框32的外形与所述待加工工件10外形匹配，所述
待加工工件10卡设其中，被定位和固定。
1）采用上述高频纵扭复合振动海绵取条工作台进行取条加工的过程如下：
（1）将待加工工件10卡设在固定架3内；
（2）超声波发生器11为超声波换能器13提供高频电能后，超声波发生器11的输入电压
为220v，输入电流为3A，超声波换能器13的振动频率为18.5kHz；
（3）自动控制水平移动机构，使预取条位置与所述管状刀具15对准，控制竖直移动机构
使管状刀具15下移至接近待加工工件10，然后将管状刀具15继续下移穿过待加工工件10，
先后包括提速、匀速和降速阶段，所述提速阶段的起始速率为0.5mm/s，行进距离为8mm，约
经过10秒匀速行进，降速行进5mm，结束速率为2mm/s，完成取条，管状刀具15的内层管体
1521内为圆柱体海绵条，所述外层管体1522和内层管体1521之间为目标产品空心条形坯体
23，然后控制竖直移动机构上移，管状刀具15从待加工工件10内抽出；
（4）空气压缩机通入0.2-0.8Mpa的压力气体，圆柱形海绵条和空心条形坯体23从管状
刀具15前端被吹出；
（5）然后水平移动机构运动，将待加工工件10移动到下一个预取条位置，重复以上过
程，完成待加工工件10上所有空心条形坯体23的加工。
2）最后采用专用设备对取条得到的空心条形坯体23进行外轮廓的精细打磨，获得
最终产品。