CN103949687A - 一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置 - Google Patents

一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置 Download PDF

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Abstract

本发明专利涉及超声振动钻削设备领域，能够快速高质量的对硬脆材料进行大直径孔套料加工。解决其技术问题所采用的技术方案是：装置由钻床平台、超声振动钻削部分和导向支撑组成。钻床平台以工业台钻为基础，主要提供钻削动力及对工件的夹持。超声振动钻削部分连接于钻床平台主轴上，通过套筒再连接主要由换能器、变幅杆和空心钻头组成的振动子，振动子在钻削的同时产生纵-弯-纵复合振型的振动，实现对大直径孔的套料加工，空心钻头采用多级伸缩定位指针。导向支撑通过对超声振动钻削部分的夹持固定，即保证其旋转与上下移动，又减小其加工过程中的挠度和摆动。

Description

一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置
技术领域
本发明专利涉及超声振动钻削设备领域，能够快速高质量地完成对硬脆材料的大直径孔套料加工。
背景技术
目前，随着工程陶瓷等硬脆材料在航天航空领域的广泛应用，对其进行大直径孔钻削加工已成为一个重要的技术研究方向。传统的钻削方法在硬脆材料上加工大直径孔时，常会出现入口崩边、中层脱渣等质量问题，而且加工效率低，设备能耗大，难以满足市场要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种用于大直径孔的套料加工超声振动钻削装置，其特点是在传统的套料钻孔过程中上叠加超声振动，使由换能器、变幅杆和空心钻头组成的振动子做纵-弯-纵复合振动，从而改善钻削面的摩擦和断屑性能，提高大直径孔的加工精度与效率。
本发明的目的由以下技术措施实现。
一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置，其特征在于：装置由钻床平台、超声振动钻削部分和导向支撑组成。
钻床平台由工业台钻、导电滑环固定支架、板型夹具、XY移动工作台组成。其中，XY移动工作台固定于工业台钻底部台面上，板型夹具固定于XY移动工作台上，导电滑环固定支架固定于工业台钻的摇臂部分。
超声振动钻削部分由空心钻头、多级伸缩式定位指针、空心钻头安装套、方形连接套、开口平法兰、转矩传动片、固定片、套筒、变幅杆、换能器、法兰连接轴、主轴连接支架、主轴夹持板、螺纹传动轴、导电滑环、导电滑环移动支架组成。主轴夹持板分为上下两组，通过主轴连接支架，上部的主轴夹持板固定于工业台钻的主轴端部，下部的主轴夹持板夹持于法兰连接轴上。法兰连接轴的轴端部内插螺纹传动轴，螺纹传动轴的锥杆段则插入固定于工业台钻的钻头夹具孔内。法兰连接轴轴部套有导电滑环，其固定孔与导电滑环移动支架连接，导电滑环移动支架连接的长凹槽与导电滑环固定支架的凸台形成插入式的间隙配合。套筒上端面与法兰连接轴的法兰盘部分连接，下端面与开口平法兰相连。变幅杆的法兰盘与转矩传动片嵌入式连接，再通过固定片将它们与开口平法兰相固定。变幅杆与空心钻头安装套通过螺栓连接，再利用方形连接套相互配合。空心钻头的定位指针采用多级伸缩式的定位指针，与空心钻头安装套相连接。
基于主要由换能器、变幅杆、空心钻头组成的振动子，其振型分布为纵-弯-纵复合振型，即由换能器产生纵向振动，通过变幅杆将振幅传递放大，再激励空心钻头圆盘产生弯曲振动，最后带动薄壁圆筒刀具产生纵向振动。
导向支撑由筒形支座、支撑台、盘型导轨槽、旋转轮组组成。筒形支座与支撑台的支脚呈内外套筒的间隙配合连接。盘型导轨槽安装于支撑台的中部圆槽内，其内部放置旋转轮组。旋转轮组夹持于振动钻削部分的套筒的外部凹槽处。
 
本发明与现在技术相比，具有如下优点。
1、本发明采用纵-弯-纵复合振型来实现对大直径孔的套料振动钻削加工，即由换能器产生纵向振动，通过变幅杆传递放大，激励空心钻头圆盘产生弯曲振动，最后激励薄壁圆筒刀具产生纵向振动。在硬脆材料的大直径孔加工中，该种振型分布的振动钻削可以有效减小钻削压力，减少材料去除量，提高加工速度和质量。
2、本发明的空心钻头定位指针采用多级伸缩式定位指针，因传统空心钻头采用的弹簧式定位指针针体轴向长度较大，致使相应的回收指针的空筒的轴向长度也较大，所以普遍存在振动杆体径向摆动剧烈、振型传递分布不规则、振动能量损失较大等问题。而本次采用多级伸缩式定位指针，可最大限度减小回收指针的空筒的轴向长度，在保证的定位精度的同时，有效避免了上述问题。
3、本发明设计了导向支撑装置，可在不影响振动钻削部分的旋转与上下移动的前提下，最大限度的减小振动钻削部分的挠度和摆动，提高整个装置的刚度，保证钻削孔的加工质量。
附图说明
图1为一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置结构示意图。
图2为钻床平台结构示意图。
图3为超声振动钻削部分结构及其剖面示意图。
图4为振动子结构及其振型示意图。
图5为导向支撑结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施实例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施实例只能用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术娴熟人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置由钻床平台1、超声振动钻削部分2和导向支撑3组成。
如图2所示，钻床平台1主要由工业台钻1-1、导电滑环固定支架1-2、板型夹具1-3、XY移动工作台1-4组成。其中，XY移动工作台1-4通过其安装槽用螺栓连接固定于工业台钻1-1底部台面上，板型夹具1-3通过其安装槽用螺栓连接固定于XY移动工作台1-4上，二者组成振动钻削的工作台面。导电滑环固定支架1-2通过螺栓连接固定于工业台钻1-1的摇臂部分，用于与其后的支架组成活性连接，保证导电滑环的上下移动。
如图3所示，在超声振动钻削部分2中，主轴夹持板2-13分为上下两组，其通过主轴连接支架2-12相连接，上部的主轴夹持板2-13固定于工业台钻1-1的主轴端部，下部的主轴夹持板2-13夹持于法兰连接轴2-11的轴部凹槽内，保证整个振动钻削部分2固定于工业台钻1-1的主轴上。法兰连接轴2-11的轴端部开有螺纹孔，内插螺纹传动轴2-14，螺纹传动轴2-14分为两段，下部为螺杆段、上部为锥杆段，锥杆段插入固定于工业台钻1-1的钻头夹具孔内，保证了钻削扭矩的传递。
如图3所示，在法兰连接轴2-11的轴体部分套有导电滑环2-15，保证振动钻削过程中的振动子的旋转供电。同时导电滑环2-15需随振动钻削部分上下移动，故其安装孔与导电滑环移动支架2-16通过螺栓相连接，导电滑环移动支架2-16为L型薄板支架，中部开有长凹槽，与导电滑环固定支架1-2的凸台形成插入式的间隙配合，保证了其在上下移动过程中定子的固定。
如图3所示，套筒2-8的两端面筒壁上均开有螺纹孔，其上端面通过螺栓与法兰连接轴2-11的法兰盘部分连接，其下端面通过螺栓连接与开口平法兰2-5相连。套筒2-8的外壁中部开有环形凹槽，便于与后续的导向支撑3相固定。套筒2-8内部安装主要由换能器2-10、变幅杆2-9、空心钻头2-1组成的振动子，除变幅杆2-9的法兰盘，振动子其余部分均不予套筒2-8相接触，以必能振动能量损失。变幅杆2-9的法兰盘与转矩传动片2-6嵌入式相连接，再通过两个的半月型的固定片2-7通过螺栓连接将它们与开口平法兰2-5相固定，变幅杆2-9小端部分从开口平法兰2-5的开口处伸出。
如图3所示，振动子的换能器2-10与变幅杆2-9通过螺栓相连接，变幅杆2-9与空心钻头安装套2-3通过螺栓相连接，同时在变幅杆2-9的小端面铣有4个平面，空心钻头安装套2-3的轴部也铣有相同尺寸的4个平面，二者通过方形连接套2-4相互配合，以保证转矩的传递。在方形连接套2-4的4个面上均开有上、下2个螺纹孔，内插螺钉，主要用于在水平面上微调空心钻头的位置，以保证振动子的整体同轴度。
如图3所示，空心钻头2-1的定位指针采用多级伸缩式定位指针2-2，其通过最后一级针筒外表面的螺纹与空心钻头安装套2-3的内表面螺纹相连接。因传统空心钻头采用的弹簧式定位指针针体轴向长度较大，致使相应的空心钻头安装套2-3的轴向长度也需较大，导致振动子杆体径向摆动剧烈、振型传递分布不规则、振动能量损失较大等问题。而采用多级伸缩式定位指针2-2，可最大限度减小空心钻头安装套2-3的轴向长度，在保证的定位精度的同时，有效避免了上述问题。
如图3、4所示，基于由换能器2-10、变幅杆2-9、空心钻头2-1组成的振动子，其振型分布为纵-弯-纵复合振型，即由换能器2-10产生纵向振动，通过变幅杆2-9将振幅传递放大，再激励空心钻头圆盘产生弯曲振动，最后带动薄壁圆筒刀具产生纵向振动。在硬脆材料的大直径孔加工中，该种振型分布的振动钻削可以有效减小钻削压力，减少材料去除量，提高加工速度和质量。
如图5所示，导向支撑3由筒形支座3-1、支撑台3-2、盘型导轨槽3-3、旋转轮组3-4组成。其中筒形支座3-1与支撑台3-2的支脚呈内外套筒的间隙配合连接，主要保证支撑台3-2的上下自由移动。盘型导轨槽3-3安装于支撑台3-2的中部圆槽内，其内部放置旋转轮组3-4，二者水平面上转动自由。旋转轮组3-4夹持于振动钻削部分2的套筒2-8的外部凹槽处。导向支撑3可在不影响振动钻削部分的旋转与上下移动的前提下，最大限度的减小振动钻削部分2的挠度和摆动，提高整个装置的刚度，保证钻削孔的加工质量。。

Claims (4)

1.一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置，其特征在于：装置由钻床平台1、振动钻削部分2和导向支撑3组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置，其特征在于：在振动钻削部分2中，主轴夹持板2-13分为上下两组，其通过主轴连接支架2-12相连接，上部的主轴夹持板2-13固定于工业台钻1-1的主轴端部，下部的主轴夹持板2-13夹持于法兰连接轴2-11的轴部凹槽内，保证整个振动钻削部分2固定于工业台钻1-1的主轴上；法兰连接轴2-11的轴端部开有螺纹孔，内插螺纹传动轴2-14，螺纹传动轴2-14分为两段，下部为螺杆段、上部为锥杆段，其锥杆段则插入固定于工业台钻1-1的钻头夹具孔内，从而保证钻削扭矩的传递；在法兰连接轴2-11的轴体部分套有导电滑环2-15，保证振动钻削过程中的振动子的旋转供电；同时导电滑环2-15需随振动钻削部分上下移动，故其安装孔与导电滑环移动支架2-16通过螺栓相连接，导电滑环移动支架2-16为L型薄板支架，中部开有长凹槽，与导电滑环固定支架1-2的凸台形成插入式的间隙配合，保证了其在上下移动过程中定子的固定。
3.根据权利要求2所述的一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置，其特征在于：空心钻头2-1的定位指针采用多级伸缩式定位指针2-2，其通过最后一级针筒外表面的螺纹与空心钻头安装套2-3的内表面螺纹相连接；因传统空心钻头采用的弹簧式定位指针针体轴向长度较大，致使相应的空心钻头安装套2-3的轴向长度也需较大，导致振动子杆体径向摆动剧烈、振型传递分布不规则、振动能量损失较大等问题；而采用多级伸缩式定位指针2-2，可最大限度减小空心钻头安装套2-3的轴向长度，在保证的定位精度的同时，又有效避免了上述问题。
4.根据权利要求3所述的一种用于大直径孔套料加工的超声振动钻削装置，其特征在于：基于由换能器2-10、变幅杆2-9、空心钻头2-1组成的振动子，其振型分布为纵-弯-纵复合振型，即由换能器2-10产生纵向振动，通过变幅杆2-9将振幅传递放大，再激励空心钻头圆盘产生弯曲振动，最后带动薄壁圆筒刀具产生纵向振动；在硬脆材料的大直径孔加工中，该种振型分布的振动钻削可以有效减小钻削压力，减少材料去除量，提高加工速度和质量。
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