CN103406568B - 一种基于超声振动辅助气钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声振动的辅助气钻，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成的复合加工方式；突破了传统钻削加工的连续切削机理，取得良好的加工效果。超声换能器通过超声变幅机构安装在连接外罩上，超声变幅机构前端固定安装钻头装夹机构。由于利用超声振动辅助钻削，有效改善了难加工材料的切削性能，使钻削加工应用更为广泛；超声振动的不连续钻削加工能减少由于引偏累计而导致的形位精度，提高了深孔加工尺寸精度；超声振动辅助钻削降低了平均钻削力，有利于断屑及排屑，减轻了刀具的磨损，利于延长刀具的寿命；超声振动辅助钻削有效降低钻削加工的噪音，改善了工人作业环境。

Description

一种基于超声振动辅助气钻

技术领域

本发明属于超声振动应用技术领域，具体地说,涉及一种基于超声振动的辅助气钻。

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作业。广泛应用于汽车、船舶、航空、航天工业制造以及家电制造行业。目前主要应用的气钻有:手枪式气钻、直柄式气钻、弯头气钻、埋头气钻、螺旋进给气钻。气钻的优点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；检修维护方便，对环境的适应性好；输出功率较大，有防爆功能。然而，气钻的控制精度较低，噪声大，不适宜加工深小孔，不适宜加工钛合金等难加工材料。现有技术的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,并且能提高钻孔尺寸精度和形位精度、降低孔壁表面粗糙度，改善难加工材料的切削能力等。

发明内容

为避免现有技术的不足，本发明提出一种基于超声振动的辅助气钻,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，提高了加工效率，有效地降低了加工噪声和改善操作人员作业状况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括连接外罩、导电滑环外环、导电滑环内环、导电滑环固定螺栓、换能机构后盖板、压电陶瓷片、厚电极、绝缘套、预紧螺栓、超声变幅杆、弹簧夹头、夹头螺母，超声变幅杆位于连接外罩的前部，导电滑环外环与导电滑环内环套装，导电滑环内环与连接外罩通过四个径向连接螺栓固定连接，连接外罩与超声变幅杆通过外罩连接螺栓连接；

所述连接外罩为圆筒结构，一端部中心有向内凹的莫氏锥度孔，另一端部设有法兰盘，法兰盘上均布有螺孔，侧壁周向均布有螺孔与导电滑环内环周向均布的四个螺孔配合安装；

所述换能机构后盖板为圆柱形结构，中间轴向有螺纹通孔，预紧螺栓依次穿过换能机构后盖板、绝缘套与超声变幅杆固连；所述厚电极为圆环状结构，周向侧面上设有两个对称的凸块,厚电极位于两片压电陶瓷片之间，且与压电陶瓷片同轴固定在绝缘套上；

所述超声变幅杆为圆锥台形，前部有一圆柱段，圆柱前端设有外螺纹，端部轴心内凹锥形空腔，弹簧夹头固定在端部锥形空腔内装夹钻头；夹头螺母将钻头与弹簧夹头紧固在超声变幅杆前端，后端法兰盘上均布有六个螺孔与连接外罩上的法兰盘螺孔配合安装。

连接外罩、换能机构后盖板和超声变幅杆同轴安装。

有益效果

本发明提出的一种基于超声振动的辅助气钻，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成的复合加工方式；突破了传统钻削加工的连续切削机理，取得良好的加工效果。超声换能器通过超声变幅机构安装在连接外罩上，超声变幅机构前端固定安装钻头装夹机构。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，使手持钻孔更加舒适，可以改善难加工材料的切削性能，使钻削加工应用更为广泛；钻头的超声振动有利于断屑及排屑，从而降低孔壁表面粗糙度、减少出口毛刺，提高孔加工质量；超声振动的不连续钻削加工能够减少由于引偏累计而导致的形位精度，提高孔尺寸精度；超声振动辅助钻削降低了平均钻削力，切屑排出顺利带走了大量热量，降低刀具的温度，减轻了刀具的磨损，利于延长刀具的使用寿命；超声振动辅助钻削有效降低钻削加工的噪音，改善了操作人员作业环境。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于超声振动的辅助气钻作进一步的详细描述。

图1为本发明基于超声振动的辅助气钻示意图。

图2为本发明基于超声振动的辅助气钻装配爆炸图。

图3为本发明基于超声振动的辅助气钻剖视图。

图4为本发明的导电滑环示意图。

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杆示意图。

图11为本发明的超声变幅杆剖视图。

图中:

1.连接外罩 2.导电滑环外环 3.导电滑环内环 4.导电滑环固定螺栓5.螺母 6.换能机构后盖板 7.压电陶瓷片 8.厚电极 9.绝缘套 10.预紧螺栓11.外罩连接螺栓 12.超声变幅杆 13.弹簧夹头 14.夹头螺母

具体实施方式

本实例是一种基于超声振动的辅助气钻。

参阅图1-图11，本发明基于超声振动的辅助气钻，由连接外罩1、导电滑环外环2、导电滑环内环3、导电滑环固定螺栓4、螺母5、换能机构后盖板6、压电陶瓷片7、厚电极8、绝缘套9、预紧螺栓10、外罩连接螺栓11、超声变幅杆12、弹簧夹头13、夹头螺母14组成，超声变幅杆12安装在连接外罩1的前部，导电滑环外环2与导电滑环内环3套装，导电滑环内环3与连接外罩1通过四个径向连接螺栓固定连接，连接外罩1与超声变幅杆12通过外罩连接螺栓11连接。连接外罩1为圆筒结构，一端部中心有向内凹的莫氏锥度孔，另一端部设有法兰盘，法兰盘上均布有螺孔，侧壁周向均布有螺孔与导电滑环内环3周向均布的四个螺孔配合安装。换能机构后盖板6为圆柱形结构，中间轴向有螺纹通孔，预紧螺栓10依次穿过换能机构后盖板6、绝缘套9与超声变幅杆12固定连接；厚电极8固定在两片压电陶瓷片7之间，并且与两片压电陶瓷片同轴固定在绝缘套9上；厚电极8为圆环状结构，厚电极8周向上设有两个对称的凸块，导线钎焊在厚电极8两侧的凸块上。超声变幅杆12为圆锥台形，前部有一圆柱段，圆柱前端设有外螺纹，端部轴心内凹锥形空腔，弹簧夹头13固定在端部锥形空腔内装夹钻头；夹头螺母14将钻头和弹簧夹头13紧固在超声变幅杆12前端，后端的法兰盘上均布有六个螺孔与连接外罩1上的法兰盘螺孔配合安装。连接外罩1、换能机构后盖板6和超声变幅杆12同轴安装。

如图4所示，导电滑环外环2为环状结构，端面有导线引入端；导电滑环内环3为环状结构，端面有导线引出端，靠近导线引出端面设有四个螺纹通孔。在加工过程中，导电滑环外环2不转动，导电滑环内环3转动。导电滑环和连接外罩1通过四个连接螺栓连接，电源线从超声波发生器引入导电滑环外环2，经过导电滑环过渡，从导电滑环内环3引出，通过连接外罩1上的四个小孔进入连接外罩1内部。

安装时，首先将预紧螺栓旋入后盖板，然后安装上绝缘套9，并依次装入压电陶瓷片7、厚电极8和另一片压电陶瓷片，最后安装超声变幅杆，整体构成超声换能器。超声变幅杆12前端为圆柱体，圆柱体前端设有外螺纹，圆柱体前端部有锥形内孔，锥形内孔和外螺纹用于安装弹簧夹头和夹头螺母，安装时，先将弹簧夹头13卡入夹头螺母14，然后将二者整体轻旋入超声变幅杆前端，放入钻头后将夹头螺母旋紧；超声变幅杆中部为锥形结构，端部法兰盘上有六个螺纹通孔，端面上设有螺纹盲孔，通过预紧螺栓和端面的螺纹盲孔同超声换能机构装配在一起。

本发明超声振动辅助气钻超声波发生器的选择，应综合考虑加工材料的特性和加工质量诸因素，选择实用的超声波发生器。超声波发生器连接日常用220V、50Hz电源，并通过导线将转化后的超声频电信号传递到导电滑环外环上。

本发明基于超声振动的辅助气钻，根据具体加工材料对象选择其工作频率和输出功率，通过导线连接到导电滑环外环上，提供整个装置的超声频电振荡。本发明超声振动的辅助气钻电路连接:外接交流电源为220V、50Hz，经由导线传递到超声波发生器，超声波发生器将交流电转换为超声频电振荡后经由导线传递到导电滑环外环，经由导电滑环的动静过渡，导电滑环外环由普通气钻的橡胶保护套固定不动，导电滑环内环随气钻主轴转动，电能从导电滑环外环传递到导电滑环内环，从导电滑环内环引出超声频电信号导线，导线通过连接外罩上的四个小孔将超声频电信号引入连接外罩内部，将导线钎焊在厚电极两侧的凸块上，至此，电能有效传递到超声换能机构厚电极上。

Claims (2)

1.一种基于超声振动的辅助气钻，其特征在于:包括连接外罩、导电滑环外环、导电滑环内环、导电滑环固定螺栓、换能机构后盖板、压电陶瓷片、厚电极、绝缘套、预紧螺栓、超声变幅杆、弹簧夹头、夹头螺母，超声变幅杆位于连接外罩的前部，导电滑环外环与导电滑环内环套装，导电滑环内环与连接外罩通过四个径向连接螺栓固定连接，连接外罩与超声变幅杆通过外罩连接螺栓连接；

所述连接外罩为圆筒结构，一端部中心有向内凹的莫氏锥度孔，另一端部设有法兰盘，法兰盘上均布有螺孔，侧壁周向均布有螺孔与导电滑环内环周向均布的四个螺孔配合安装；

所述换能机构后盖板为圆柱形结构，中间轴向有螺纹通孔，预紧螺栓依次穿过换能机构后盖板、绝缘套与超声变幅杆固连；所述厚电极为圆环状结构，周向侧面上设有两个对称的凸块,厚电极位于两片压电陶瓷片之间，且与压电陶瓷片同轴固定在绝缘套上；

所述超声变幅杆为圆锥台形，前部有一圆柱段，圆柱前端设有外螺纹，端部轴心内凹锥形空腔，弹簧夹头固定在端部锥形空腔内装夹钻头；夹头螺母将钻头与弹簧夹头紧固在超声变幅杆前端，后端法兰盘上均布有六个螺孔与连接外罩上的法兰盘螺孔配合安装。

2.根据权利要求1所述的基于超声振动的辅助气钻，其特征在于:连接外罩、换能机构后盖板和超声变幅杆同轴安装。