CN101982267B - 一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，该装置由超声振动刀杆组件、工装组件组成。超声振动刀杆组件安装在工装组件的工装底座上。所述超声振动刀杆组件，由镗杆、外筒和航空插头等组成。所述工装组件，由工装底座，铜套，外钢套，压紧螺钉等组成；本发明满足了超声振动镗削的条件，实现超声振动加工的微细切削能力，同时降低了镗杆与导向套的摩擦系数，消除了镗杆卡死现象，可用于振动镗削制孔工艺，并能保证振动切削的理论切削状态，增加了超声振动制孔技术的应用范围。它在金属切削加工技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

Description

一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置

(一)技术领域

本发明涉及一种振动装置，特别是涉及用于制孔的一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，属于金属切削加工和金属切削设备部件技术领域。

(二)背景技术

在现有技术条件下，孔加工尤其是操作空间小的大孔加工，常存在加工动力不足、工艺系统刚性差等问题，切削效果不理想。由于底孔余量不均，常规镗削过程切削力大，刀杆、床身、工件构成的工艺系统变形大，“误差复映”严重，很难实现精密纠偏。超声振动镗削具有极强的微量精密切削能力，实际切深非常接近理论切深，显著提高镗孔加工精度和表面质量，达到磨削效果；超声振动镗削切削力为脉冲型，幅值小于普通切削力，实际机械相应的平均力更小于普通切削力，特别是吃刀抗力为正负脉冲的抵消，使平均抗力仅为普通切削的百分之一量级；超声镗削加工显著消除“误差复映”现象，提高镗孔的直线度，达到纠偏效果。

在已有的超声振动镗杆中，45#钢或者硬质合金钢等金属镗杆存在超声谐振困难，振幅很小，难以实现振动镗削。钛合金或者铝合金等轻金属镗杆虽然超声谐振容易，振幅较大，但当与工具钢等硬材料金属的导向套存在滑动摩擦时，镗杆磨损严重，容易卡死，镗削难以进行，限制了超声振动在镗削中的应用。此外，现有的超声振动镗削采用镗杆一端固定，另一端悬空的悬伸镗削法，由于镗杆随主轴送进而不断悬伸，刀杆系统因自重变化产生的挠度也不同，在加工较长内孔时，孔的轴线易产生弯曲。由于主轴不断伸出，整个刀杆系统刚性不断变差，镗削时在切削力作用下，系统弹性变形逐渐增大，影响孔的镗削精度，使被加工孔产生圆柱度误差。采用引导型超声振动镗孔，可以显著提高工艺系统刚性，镗孔后表面质量达到磨削效果，尺寸精度、同轴度及直线度得到显著提高。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置。该装置克服了现有技术的不足，它能使超声振动在镗削加工中得到广泛应用。

2、技术方案：见图1、图2，本发明一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，该装置由超声振动刀杆组件1、工装组件2组成。它们之间的位置连接关系是：超声振动刀杆组件1安装在工装组件2的工装底座21上。

所述超声振动刀杆组件1，主要由镗杆11、外筒13和航空插头12等组成。其间关系是：镗杆11设置外筒13内部，航空插头12安装在外筒13上；该镗杆11是阶梯圆柱形零件，它采用钛合金或者铝合金等轻金属材料制成，容易实现超声振动谐振。镗杆11上面加工出刀槽11A，用于安装镗削刀具。镗杆11的导向部分11B经过表面处理，增加其硬度，减少了镗削时在前导套24和后导套25中的磨损。镗削时镗杆导向部分11B在前导套24和后导套25中滑动，利用导向孔221和导向孔231的导向，完成镗削。该外筒13是圆柱状筒形零件，超声换能器安装在外筒13的里面。外筒13通过螺纹和后导套25进行连接，装配在后导套支撑23上，对超声换能器和镗杆11起保护和支撑作用。(该超声换能器另有专利申请)该航空插头12是按加工要求选定的市购产品，超声振动电源通过航空插头12对超声换能器进行供电。该超声振动刀杆组件1满足了超声振动镗削的条件，实现超声振动加工的微细切削能力，同时降低了镗杆与导向套的摩擦系数，消除了镗杆卡死现象，增加了超声振动制孔技术的应用范围。

所述工装组件2，由工装底座21，前、后导套24、25，压紧螺钉26A、B，27A、B等组成；其间关系是：前、后导套24、25安装在工装底座21两侧前、后导套支撑22、23的导向孔221、231内，并用压紧螺钉26A、B，27A、B固定在前、后导套支撑22、23上，工装底座21依靠标准件及上面设置的通孔211-214，固定在设备的工作台上。该工装底座21由底板和两侧的前、后导套支撑22、23构成；底板是矩形板料，两侧的前、后导套支撑22、23也是矩形板料，底板与前、后导套支撑22、23相互垂直；该前导套24、由外钢套241和铜套242两部分组成，铜套242镶嵌在外钢套241孔内；该外钢套241由两个同心而外径不同的圆环状件构成；大圆环状件设置有通孔便于其固定，小圆环状件插入导向孔221内；该铜套242是套筒状件；同理，该后导套25由外钢套251和铜套252两部分组成，铜套252镶嵌在外钢套251孔内；该外钢套251也由两个同心而外径不同的圆环状件构成；大圆环状件设置有凹槽便于其固定，小圆环状件一头插入导向孔231内，另一头加工有外螺纹，与外筒13连接；该铜套252是套筒状件；该压紧螺钉26A、B，27A、B是市购标准件。利用压紧螺钉26A、26B、螺纹孔222、223将前导套24装配在前导套支撑22上；利用压紧螺钉27A、27B、螺纹孔232、233将后导套25装配在后导套支撑23上。待加工件利用螺纹孔215、216、217、218被安装在前导套支撑22和后导套支撑23之间。工装组件2的前导套支撑22和后导套支撑23上加工出导向孔221和导向孔231，导向孔221和导向孔231要求保证一定的同轴度和表面质量来满足镗削加工孔径精度的需要。镗削时，外钢套241和外钢套251通过热处理增加硬度，减小与前导套支撑22和后导套支撑23的磨损。铜套242和铜套252通过一定的过盈量分别镶嵌在外钢套241和外钢套251里面，然后通过磨削将内孔245与导向面244、内孔255与导向面254一次加工完成，保证内孔245与导向面244、内孔255与导向面254的同轴度。导向面244与贴合面243、导向面254与贴合面253要满足一定的垂直度，从而保证镗削加工时镗杆11的同轴度。

镗削加工时，镗杆11导向部分11B在铜套242和铜套252里面滑动，利用工装组件2导向孔221和导向孔231的同轴度和镗杆11的圆柱度等制造精度，保证镗削加工制孔的孔径精度要求。整个超声振动刀杆组件1通过联轴器和过渡套与自动进给钻连接，由自动进给钻主轴提供超声振动镗杆11的旋转运动和进给运动，完成镗削加工。

其中，镗杆11的导向部分11B经过表面处理是指：对钛合金镗杆表面进行碳化钨镀层处理；对铝合金镗杆表面进行硬质阳极氧化处理。

3、优点及功效：本发明一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动装置优点在于：(1)通过对钛合金镗杆表面进行碳化钨镀层处理，降低了与导向套的摩擦系数，实现了钛合金镗杆在滑动副条件下的镗削加工。(2)通过对铝合金镗杆表面进行硬质阳极氧化处理，降低了与导向套的摩擦系数，实现了铝合金镗杆在滑动副条件下的镗削加工。(3)通过在镗杆上安装不同的刀具，可以实现粗镗和精镗两种工艺。(4)通过在钢导套内部镶嵌铜套，降低了与刀杆的摩擦系数，减小了镗杆在镗削时的磨损，延长了镗杆的使用寿命。

(四)附图说明

图1是本发明一中引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动刀杆的外部结构图。

图2是图1的爆炸示图。

图3是本发明部分工装组件结构图。

图4是本发明前导套的结构图。

图5是本发明后导套的结构图。

图中：1.超声振动刀    11.镗杆    12.航空插头    13.外筒杆组件

11A刀槽        11B导向部分

2.工装组件     21.工装底座    22.前导套支撑    23.后导套支撑    24.前导套

25.后导套      26A.压紧螺钉   26B.压紧螺钉     27A.压紧螺钉     27B.压紧螺钉

211通孔        212通孔        213通孔          214通孔          215螺纹孔

216螺纹孔      217螺纹孔      218螺纹孔        221导向孔        222螺纹孔

223螺纹孔      224贴合面      231导向孔        232螺纹孔        233螺纹孔

234贴合面      241外钢套      242铜套          243贴合面        244导向面

245内孔        251外钢套      252铜套          253贴合面        254导向面

255内孔        256螺纹

(五)具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参见图1、图2所示，本发明一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，该装置由超声振动刀杆组件1、工装组件2组成。它们之间的位置连接关系是：超声振动刀杆组件1安装在工装组件2的工装底座21上。超声振动刀杆组件1由镗杆11、外筒13和航空插头12等组成。镗杆11上面加工出刀槽11A安装镗削刀具。镗杆11采用超声振动谐振容易的钛合金或者铝合金等轻金属材料。镗杆11采用铝合金材料时，镗杆11导向部分11B表层先进行磨削加工，保证导向部分11B的表面质量和同轴度。然后导向部分11B的表层进行硬质阳极氧化处理，增加镗杆11表层的硬度，从而增加导向部分11B的耐磨性。导向部分11B进行硬质阳极氧化处理后，对导向部分11B表层进行一次抛光处理，一方面增加光洁度，减小镗杆11与内铜套242、内铜套252的摩擦系数，从而减少镗杆11镗削加工时的磨损，另一方面提高镗杆11的圆柱度，保证镗削加工时孔径精度的需要。镗杆11采用钛合金材料时，镗杆11导向部分11B表层先进行磨削加工，保证导向部分11B的表面质量和同轴度。然后导向部分11B表层进行碳化钨镀层处理，增加导向部分11B表层的硬度，从而增加导向部分11B的耐磨性。导向部分11B表层进行碳化钨镀层处理后，对导向部分11B表层再进行一次磨削，一方面增加光洁度，减小镗杆11与内铜套242、内铜套252的摩擦系数，从而减少镗杆11镗削加工时的磨损，另一方面提高镗杆11的圆柱度，保证镗削加工时孔径精度的需要。镗削刀具安装在镗杆11的刀槽11A里面，刀具可以采用机夹刀片和变径刀片。当采用机夹刀片时，刀片位置固定，镗削孔径大小确定，由于刀槽11A加工误差和刀片安装误差等因素影响，镗削只能进行粗镗加工。当采用带变径块的变径刀片时，通过调节变径刀片伸出量，镗削孔径大小可在一定范围内调节，利用高精度对刀仪进行对刀，镗削可进行精镗加工。镗杆11上面根据刀槽的个数不同，可进行单刃、双刃和多刃镗削加工。镗削时镗杆导向部分11B在前导套24和后导套25中滑动，利用导向孔221和导向孔231的导向，完成镗削。超声换能器安装在外筒13的里面。外筒13通过螺纹和后导套25进行连接，装配在后导套支撑23上，对超声换能器和镗杆11起保护和支撑作用。超声振动电源通过航空插头12对换能器进行供电。整个超声振动刀杆组件1通过联轴器和外筒13与自动进给钻连接，由自动进给钻主轴提供超声振动镗杆11的旋转运动和进给运动，完成镗削加工。

请参见图1、图2、图3、图4和图5所示，工装组件2利用通孔211、通孔212、通孔213和通孔214通过螺栓等方式固定在工作台上，实现整个镗削装置的固定。工件利用螺纹孔215、螺纹孔216、螺纹孔217和螺纹孔218安装在前导套支撑22和后导套支撑23之间。工装组件2的前导套支撑22和后导套支撑23上加工出导向孔221和导向孔231，导向孔221和导向孔231要求保证一定的同轴度和表面质量来满足镗削加工孔径精度的需要。镗削时，利用压紧螺钉26A、压紧螺钉26B、螺纹孔222和螺纹孔223将前导套24装配在前导套支撑22上。利用压紧螺钉27A、压紧螺钉27B、螺纹孔232和螺纹孔233将后导套25装配在后导套支撑23上。前导套24由外钢套241和铜套242两部分组成。后导套25由外钢套251和铜套252两部分组成。外钢套241和外钢套251通过热处理增加硬度，减小与前导套支撑22和后导套支撑23的磨损。外钢套241内部镶嵌一定厚度的铜套242，同样外钢套251内部镶嵌一定厚度的铜套252，减少镗削时与镗杆11的磨损。铜套242和铜套252通过一定的过盈量分别镶嵌在外钢套241和外钢套251里面，然后通过磨削将内孔245与导向面244、内孔255与导向面254一次加工完成，保证内孔245与导向面244、内孔255与导向面254的同轴度。导向面244与贴合面243、导向面254与贴合面253要满足一定的垂直度，从而保证镗削加工时镗杆11的同轴度。

请参见图1、图2和图3所示，镗削加工时，外筒13通过螺纹装配在后导套25上。前导套24装配在前导套支撑22上，后导套25装配在后导套支撑23上。镗杆11导向部分11B在铜套242和铜套252里面滑动，利用工装组件2导向孔221和导向孔231的同轴度和镗杆11的圆柱度等制造精度，保证镗削加工制孔的孔径精度要求。整个超声振动刀杆组件1通过联轴器和过渡套与自动进给钻连接，由自动进给钻主轴提供超声振动镗杆11的旋转运动和进给运动，完成镗削加工。

本发明一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动装置满足了超声振动镗削的条件，实现超声振动加工的微细切削能力，同时降低了镗杆与导向套的摩擦系数，消除了镗杆卡死现象，可用于振动镗削等制孔工艺，并能保证振动切削的理论切削状态，增加了超声振动制孔技术的应用范围。

Claims (4)

1.一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，其特征在于：该装置由超声振动刀杆组件(1)、工装组件(2)组成，超声振动刀杆组件(1)安装在工装组件(2)的工装底座(21)上；

所述工装组件(2)，由工装底座(21)，前、后导套(24、25)，压紧螺钉(26A、26B、27A、27B)组成；前、后导套(24、25)安装在工装底座(21)两侧前、后导套支撑(22、23)的第一导向孔(221)和第二导向孔(231)内，并用压紧螺钉(26A、26B、27A、27B)固定在前、后导套支撑(22、23)上，工装底座(21)依靠标准件及上面设置的通孔(211、212、213、214)，固定在设备的工作台上；该工装底座(21)由底板和两侧的前、后导套支撑(22、23)构成；底板是矩形板料，两侧的前、后导套支撑(22、23)也是矩形板料，底板与前、后导套支撑(22、23)相互垂直，前导套支撑(22)和后导套支撑(23)上分别加工出第一导向孔(221)和第二导向孔(231)；

所述超声振动刀杆组件(1)，由镗杆(11)、外筒(13)和航空插头(12)组成，镗杆(11)设置在外筒(13)内部，航空插头(12)安装在外筒(13)上；该镗杆(11)是阶梯圆柱形零件；在镗杆(11)上面加工有出刀槽(11A)，用于安装镗削刀具；镗杆(11)的导向部分(11B)经过表面处理，增加其硬度，减少了镗削时在前导套(24)和后导套(25)中的磨损；镗削时镗杆导向部分(11B)在前导套(24)和后导套(25)中滑动，利用第一导向孔(221)和第二导向孔(231)的导向，完成镗削；该外筒(13)是圆柱状筒形零件，超声换能器安装在外筒(13)的里面，外筒(13)通过螺纹和后导套(25)进行连接，装配在后导套支撑(23)上，对超声换能器和镗杆(11)起保护和支撑作用；超声振动电源通过航空插头(12)对超声换能器进行供电；

该前导套(24)由第一外钢套(241)和第一铜套(242)两部分组成，第一铜套(242)镶嵌在第一外钢套(241)孔内；该第一外钢套(241)由两个同心而外径不同的圆环状件构成，其中第一大圆环状件设置有通孔便于其固定，第一小圆环状件插入第一导向孔(221)内，第一小圆环状件的外周面为第一导向面；该第一铜套(242)是套筒状件；该后导套(25)由第二外钢套(251)和第二铜套(252)两部分组成，第二铜套(252)镶嵌在第二外钢套(251)孔内；该第二外钢套(251)也由两个同心而外径不同的圆环状件构成，其中第二大圆环状件设置有凹槽便于其固定，第二小圆环状件一端插入第二导向孔(231)内，另一端加工有外螺纹与外筒(13)连接，其中插入第二导向孔的一端外周面为第二导向面；该第二铜套(252)是套筒状件；利用压紧螺钉(26A、26B)和螺纹孔(222、223)将前导套(24)装配在前导套支撑(22)上，其中第一大圆环状件与前导套支撑贴合的面为第一贴合面；利用压紧螺钉(27A、27B)和螺纹孔(232、233)将后导套(25)装配在后导套支撑(23)上，其中第二大圆环状件与后导套支撑贴合的面为第二贴合面；待加工件利用螺纹孔(215、216、217、218)被安装在前导套支撑(22)和后导套支撑(23)之间，第一导向孔(221)和第二导向孔(231)要求保证预定的同轴度和表面质量来满足镗削加工孔径精度的需要；镗削时，第一外钢套(241)和第二外钢套(251)通过热处理增加硬度，减小与前导套支撑(22)和后导套支撑(23)的磨损；第一铜套(242)和第二铜套(252)通过预定的过盈量分别镶嵌在第一外钢套(241)和第二外钢套(251)里面，然后通过磨削将前导套内孔(245)与第一导向面(244)、后导套内孔(255)与第二导向面(254)一次加工完成，保证前导套内孔(245)与第一导向面(244)、后导套内孔(255)与第二导向面(254)的同轴度；第一导向面(244)与第一贴合面(243)、第二导向面(254)与第二贴合面(253)要满足预定的垂直度要求，从而保证镗削加工时镗杆(11)的同轴度。

2.根据权利要求1所述的一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，其特征在于：该镗杆(11)采用钛合金或铝合金轻金属材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，其特征在于：该航空插头(12)是按加工要求选定的市购产品。

4.根据权利要求1所述的一种引导型自动进给轻质、耐磨滑动副超声振动镗削装置，其特征在于：镗杆(11)的导向部分(11B)经过表面处理是指：对钛合金镗杆表面进行碳化钨镀层处理，对铝合金镗杆表面进行硬质阳极氧化处理。

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