CN103406567A - 一种高速超声振动辅助气钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速超声振动辅助气钻，由超声波发生器、超声无线输电机构、连接机构、超声换能机构、超声变幅机构和钻头装夹机构组成，超声波发生器产生超声频电信号，提供给系统超声频电激励；超声无线输电机构实现电能有效传输和动静过渡；连接机构与超声换能机构固连,超声换能机构位于连接机构前部,用于将超声频电信号转换为超声频机械振动；超声变幅机构固定在超声换能机构前端,将小振幅机械振动转换为大振幅机械振动，钻头装夹机构安装在超声变幅机构前端装夹钻头。由于利用超声振动辅助钻削，突破了传统的连续钻削机理，减少钻削平均钻削力；利用超声振动辅助钻削，可改善难加工材料的切削性能，使钻削加工应用更为广泛。

Description

一种高速超声振动辅助气钻

技术领域

本发明属于超声加工技术领域，具体地说,涉及一种高速超声振动辅助气钻。

背景技术

气钻是一种手持式气动加工工具，主要用于对金属构件的钻孔加工，尤其适用于薄壁壳体和铝镁等轻合金构件的钻孔加工。广泛应用于汽车、船舶、航空、航天工业制造行业。目前主要有以下几种形式的气钻:手枪式气钻、直柄式气钻、弯头气钻、埋头气钻、螺旋进给气钻。气钻的长处是可接受连续的气信号，输出直线位移和角位移；移动速度大，可靠性高；检修维护简单，对环境的适应性好；输出功率较大，有防爆功能。然而，气钻的转速低，控制精度较低，噪声大,不适宜钻削加工深小孔，尤其是加工钛合金等难加工材料；这些不足制约了气钻的广泛应用。

超声技术的发展给气钻性能的提高带来了新的契机。将超声加工技术和传统钻削技术有机结合形成新型的超声振动辅助钻削技术。超声振动辅助钻削突破了传统孔加工的连续切削机理，可获得良好的钻削效果；如提高钻孔尺寸精度和形位精度、降低孔壁表面粗糙度、减少出口毛刺、延长刀具使用寿命、改善难加工材料的切削能力等。

发明内容

为了避免现有技术的不足，本发明提出一种高速超声振动辅助气钻，通过将超声振动应用于传统气钻上，形成由超声振动和传统钻削机械运动有机结合而成的复合加工方式，突破了传统钻削加工的连续切削机理，能够达到良好的加工效果，提高加工效率、降低加工噪声。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括超声波发生器、超声无线输电机构、连接机构、超声换能机构、超声变幅机构和钻头装夹机构，超声波发生器产生超声频电信号，提供给系统超声频电激励；连接机构与超声换能机构连接；超声换能机构位于连接机构前部,用于将超声频电信号转换为超声频机械振动；超声变幅机构固定在超声换能机构前端,将小振幅机械振动转换为大振幅机械振动；钻头装夹机构安装在超声变幅机构前端装夹钻头；

所述超声无线输电机构包括输电装置初级、输电装置次级，输电装置次级与连接外罩固连，输电装置次级顶部有电源线引出端，用于将超声频电信号传递给超声换能机构；输电装置初级底部有电源线引出端，用于接收超声波发生器的超声频电信号；

所述超声换能机构包括预紧螺栓、后盖板、压电陶瓷片、绝缘套、厚电极，所述后盖板为圆柱结构，中心轴向设有螺纹通孔，预紧螺栓依次穿过后盖板、绝缘套与超声变幅杆固连；所述厚电极为圆环状,外侧面直径方向上有两个对称的矩形块连接引入连接外罩内部的电源线，厚电极位于两片压电陶瓷片之间，且与压电陶瓷片同轴套装在绝缘套上。

有益效果

本发明提出一种高速超声振动辅助气钻，通过将超声振动应用于传统气钻上，形成由超声振动和传统钻削机械运动有机结合而成的复合加工方式。其由超声波发生器、超声无线输电机构、连接机构、超声换能机构、超声变幅机构和钻头装夹机构组成，超声波发生器产生超声频电信号，提供给系统超声频电激励；超声无线输电机构实现电能有效传输和动静过渡；连接机构与超声换能机构固连,超声换能机构位于连接机构前部,用于将超声频电信号转换为超声频机械振动；超声变幅机构固定在超声换能机构前端,将小振幅机械振动转换为大振幅机械振动，钻头装夹机构安装在超声变幅机构前端装夹钻头。由于利用超声振动辅助钻削，突破了传统的连续钻削机理，减少钻削平均钻削力；利用超声振动辅助钻削，可改善难加工材料的切削性能，使钻削加工应用更为广泛。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种高速超声振动辅助气钻作进一步详细描述。

图1为本发明高速超声振动辅助气钻示意图。

图2为本发明高速超声振动辅助气钻装配爆炸图。

图3为本发明高速超声振动辅助气钻剖视图。

图4为本发明的超声无线输电装置示意图。

图5为本发明的连接外罩示意图。

图6为本发明的连接外罩剖视图。

图7为本发明的超声换能器示意图。

图8为本发明的超声换能器装配爆炸图。

图9为本发明的厚电极示意图。

图10为本发明的超声变幅机构示意图。

图11为本发明的超声变幅机构剖视图。

图中:

1固定螺栓  2.输电装置初级  3.输电装置次级  4.连接外罩  5.六角螺栓6.后盖板  7.压电陶瓷片  8.厚电极  9.绝缘套  10.预紧螺栓  11.超声变幅杆12.六角螺母  13.弹簧夹头  14.夹头螺母

具体实施方式

本实例是一种高速超声振动辅助气钻。

参阅图1、图2、图3，本发明高速超声振动辅助气钻，由超声波发生器、超声无线输电机构、连接机构、超声换能机构、超声变幅机构和钻头装夹机构组成，超声换能机构与超声变幅机构通过预紧螺栓连接；钻头装夹机构和超声变幅机构通过变幅杆前端的螺纹连接；超声换能机构与连接机构通过端面法兰盘连接；超声换能器的超声频电信号通过导线连接到输电装置初级，电能通过电磁感应的方式传递到输电装置次级，从次级引出导线经由连接外罩上的小孔传递到连接机构内部的超声换能器；连接机构通过莫氏锥面将整个超声振动辅助钻削装置连接到普通气钻前端；为使外形美观，将电源导线和气钻的供气管捆缚在一起传递到气钻上。

如图4、图5所示，本发明高速超声振动辅助气钻的连接机构包括四个超声无线输电装置固定螺钉1、超声无线输电机构和连接外罩4；连接外罩4与普通气钻的连接端设有莫氏锥孔，将超声振动辅助装置可靠安装在普通气钻前端；靠近该端面的圆周面经过精密加工，通过过盈配合安装输电装置次级；连接外罩中部有四个小孔，用于将超声电源引入内部；连接外罩另一端设有法兰盘，法兰盘上均布六个螺纹通孔。超声无线输电机构包括输电装置初级2和输电装置次级3，输电装置初级2为环状结构，端面有导线引入；输电装置次级3为环状结构，端面有导线引出。输电装置初级2根据电磁感应原理设计为两个对应的电磁感应圆筒状带铁心线圈。在加工过程中，输电装置初级2不转动，输电装置随气钻主轴转动，使用四个连接螺栓通过气钻端面的螺纹孔将输电装置初级2固定在普通气钻前端，通过过盈配合将输电装置次级3固定在连接外罩4上。电源线从超声波发生器引入输电装置初级2，经过输电装置过渡，从输电装置次级3引出，通过连接外罩4上的四个小孔进入连接外罩内部。

如图6-图11所示，超声换能机构由后盖板6、压电陶瓷片7、厚电极8、绝缘套9、预紧螺栓10组成；安装时，先将预紧螺栓10旋入后盖板6，然后装上绝缘套9，接着依次套装入压电陶瓷片7、厚电极8和另一片压电陶瓷片，构成超声换能机构，最后装入超声变幅机构中的超声变幅杆11，整体构成超声换能器。

超声变幅机构包括超声变幅杆11、六个六角螺栓5和六个六角螺母12，超声变幅杆11前端为细长圆柱体，细长圆柱体前端有锥形内孔，端部外侧有螺纹，锥形内孔和外螺纹用于安装弹簧夹头13和夹头螺母14；超声变幅杆11中部为锥形结构，大端为均布有六个螺纹通孔的法兰盘，端面上设有螺纹盲孔。整个装置通过预紧螺栓10和端面的螺纹盲孔与超声换能机构装配到一起构成超声换能器。

本发明高速超声振动辅助气钻的钻头装夹机构，包括弹簧夹头13和夹头螺母14。弹簧夹头13为标准件，根据加工孔径选取；夹头螺母14为标准件，根据设计选取。安装时，先将弹簧夹头13卡入夹头螺母14，然后将二者整体旋入超声变幅杆11前端，放入钻头后将夹头螺母14旋紧，从而将钻头装夹机构整体固定在超声换能器前端。

本发明高速超声振动辅助气钻的电路连接:通过导线将220V、50Hz电源引入超声波发生器，低频率的电信号经过超声波发生器转化后变成超声频电信号，超声频电信号经过电源线从超声无线输电装置初级引入，经过超声无线输电装置的过渡，由超声无线输电装置次级引出，通过连接外罩的四个圆形通孔引入连接外罩内部，将引入连接机构内部的电源线通过焊接的方式连接到超声换能器的厚电极的两个矩形块上，从而成功将超声频电信号传递到超声换能器。超声振动辅助钻削装置整体装配好以后，通过连接外罩上的莫氏锥形孔连接到除去卡盘后的普通气钻前端，然后套上原有气钻的橡胶保护套，整体构成了本发明高速超声振动辅助气钻。

Claims (1)

1.一种高速超声振动辅助气钻，其特征在于:包括超声波发生器、超声无线输电机构、连接机构、超声换能机构、超声变幅机构和钻头装夹机构，超声波发生器产生超声频电信号，提供给系统超声频电激励；连接机构与超声换能机构连接；超声换能机构位于连接机构前部,用于将超声频电信号转换为超声频机械振动；超声变幅机构固定在超声换能机构前端,将小振幅机械振动转换为大振幅机械振动；钻头装夹机构安装在超声变幅机构前端装夹钻头；

所述超声无线输电机构包括输电装置初级、输电装置次级，输电装置次级与连接外罩固连，输电装置次级顶部有电源线引出端，用于将超声频电信号传递给超声换能机构；输电装置初级底部有电源线引出端，用于接收超声波发生器的超声频电信号；

所述超声换能机构包括预紧螺栓、后盖板、压电陶瓷片、绝缘套、厚电极，所述后盖板为圆柱结构，中心轴向设有螺纹通孔，预紧螺栓依次穿过后盖板、绝缘套与超声变幅杆固连；所述厚电极为圆环状,外侧面直径方向上有两个对称的矩形块连接引入连接外罩内部的电源线，厚电极位于两片压电陶瓷片之间，且与压电陶瓷片同轴套装在绝缘套上。

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