CN107052401B - 一种应用于难加工材料深孔加工的轴向低频回转振动装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，该装置包括有低频振动产生机构、连接机构、外壳。低频振动产生机构和连接机构分别从外壳两侧装入，最后通过外壳的法兰盘从两侧用螺栓固定在外壳上。本发明克服了传统低频深孔加工不能实现在钻头回转进给时同时使钻头相对于工件产生可控的低频振动的不足，可安装于现有工件及钻头双向旋转的深孔加工机床主轴上，以提升普通深孔钻床的加工能力和加工范围，充分发挥低频振动钻削的优良特性，提高深孔零件的孔质量和加工效率。

Description

一种应用于难加工材料深孔加工的轴向低频回转振动装置

技术领域

本发明设计了一种应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，更特别的说，是一种应用于低频振动技术的深孔加工装置。该装置尤其适用于对难加工材料，尤其是钛合金和不锈钢进行高效高质量的深孔加工。

背景技术

随着制造工业的蓬勃发展，各种难加工材料的应用也日益广泛，如高强度钢、钛合金、不锈钢、高温合金等。高强度钢、钛合金、不锈钢等难加工材料因其具备高强度、高刚度而质量轻的特性，它们的应用使得零件的可制造性趋于恶化。

振动钻削与普通钻削的根本区别是在钻孔的过程中通过振动装置使钻头与工件之间产生可控的相对运动。当加工参数选择合理时，能够明显提高钻入定位精度、孔的表面粗糙度、尺寸精度和圆度，降低出口毛刺、切削力以及切削温度，延长钻头寿命等，尤其在难加工材料的钻孔中往往显示出普通钻孔无法比拟的优越性。但是，以往的深孔振动加工装置存在着结构较复杂，不能实现在钻头回转进给时同时使钻头相对于工件产生可控的低频振动等缺点，通常都是保持钻头不转动的前提下，因此限制了振动技术在深孔加工领域中的应用。

发明内容

本发明的目的是提高难加工材料深孔的加工质量和加工效率，为此提供一种适用于对钛合金和不锈钢等难加工材料的深孔加工装置。它克服了传统低频深孔加工不能实现在钻头回转进给时同时使钻头相对于工件产生可控的低频振动的不足，可安装于现有工件及钻头双向旋转的深孔加工机床主轴上，以提升普通深孔钻床的加工能力和加工范围，充分发挥低频振动钻削的优良特性，提高深孔零件的孔质量和加工效率。

为实现以上目的，本发明技术方案如下：

本发明一种回转低频轴向振动深孔加工装置(含内通油通道)，前端连接刀具(枪钻)，后端连接机床主轴。该装置包括有低频振动产生机构、连接机构、外壳；它们之间的连接关系是：低频振动产生机构和连接机构分别从外壳两侧装入，最后通过外壳的法兰盘从两侧分别用6个M6的螺栓固定在外壳上。

所述低频振动产生机构由振动轴、前外球套、前内球套、后外球套、后内球套、前外角度盘、前内角度盘、后外角度盘、后内角度盘、角接触球轴承、轴承垫片、固定垫片、防松螺母、O型圈组成；它们的连接关系是前外角度盘和后外角度盘、前内角度盘和后内角度盘、前内球套和后内球套之间有错位的3×120°的槽，可以相互紧密配合，配合关系采用过盈配合。安装时先将两个角接触球轴承背靠背安装在前内球套和后内球套之间，此后将前内角度盘和后内角度盘安装在轴承的外圈上，确认角度盘的相对位置后，将前外角度盘和后外角度盘安装在内角度盘上，此后按照顺序前外球套→上述组件→后外球套→固定垫片→防松螺母分别从振动轴一侧安装，并锁紧防松螺母上的沉头螺栓。最后在振动轴凹槽内安装上O型圈，隔绝深孔钻削的切削液进入，保证腔体内部环境的稳定。

在低频振动装置产生振动过程中，由于外角度盘的内端面、内角度盘的外端面的法线和轴线之间的夹角为0.5°，内外角度盘的每相对旋转一个位置，每一个配合状态都能产生一个角度值，使角接触球轴承产生相应的倾角，通过前法兰盘固定能保持角接触球轴承在整个加工过程中稳定的保持在一个角度。其中角接触球轴承的倾角的滑动和支撑由球面提供。球面的球心位置距离振动轴的轴心存在偏心值，这样便可以保证轴承内外相对旋转一圈时的输出振幅，其大小取决于球心位置偏差和角接触球轴承的倾斜角度。球面配合的位置采用合金钢(内球套)和耐磨铜合金(外球套)制作，保证配合的耐用度，尽量减少磨损在加工过程中的影响。

所述连接机构由机床连接件、角接触球轴承、轴承垫片、紧固螺栓组成；它们的连接关系是按照角接触球轴承→轴承垫片→角接触球轴承→防松螺母分别从机床连接件一侧安装，角接触球轴承采用背靠背的安装方式，最后锁紧防松螺母上的沉头螺栓即可。轴承垫片起到增大轴承支撑距离的作用。角接触球轴承一是保证机床主轴的轴向精度能保持外壳和机床连接件同轴，进而保证低频振动产生机构和连接机构同轴。二是隔离外部电机带动的腔体和机床主轴的相对转动，使振动产生机构内外圈分别转动。机床连接件的内部一侧内部嵌入铜合金的耐磨套，另一侧是与振动轴配合的花键，保证振动轴输出和机床主轴相同转速的同时，也能输出低频振动产生装置的低频振动。

所述外壳是由前法兰盘、后法兰盘、空心环、外壳件、石棉垫片、油封圈挡板、紧固螺栓组成，它们的连接关系是前法兰盘的油封圈通过4个M4的螺栓将油封圈挡板，外壳件上有H型同步带带齿，以通过外部电机来带动外壳转动，给低频振动提供能量输入，外壳体前端有6个M6螺纹孔，其固定的法兰盘可保持低频振动产生机构的角度保持环的外环和内环紧密结合，并稳定在恒定角度，此外法兰盘上的油封圈能隔绝外界灰尘、切削液的进入，保持腔体内部环境的稳定。通过外壳体后端6个M6螺纹孔固定的法兰盘，外壳件尾端与连接机构保持稳定装配，保持外壳和连接机构同轴，进而保证低频振动产生机构和连接机构同轴。

3、本发明由于采用以上的技术方案，其具有以下优点：

1、本发明采用低频振动的加工理念，设计的回转低频轴向振动深孔加工装置，较传统深孔方式，能有效提高深孔零件的直线度、表面粗糙度等加工精度及加工效率和质量。较传统振动深孔钻削装置，能实现在刀具和工件旋转的前提下，使刀具产生稳定的轴向低频振动。

2、结构简单、可靠。振动部分的质量适当，不因附加质量引起工艺系统的振动，保证了在切削过程中工艺系统能平稳工作。

3、整体模块化设计，可根据使用的深孔机床、所需要的加工材料和加工刀具更改对应的振动轴接口，实用转化度高。

4、振动参数(频率和振幅)的可调范围较大，振动频率可以在0～100Hz之间连续可调；振动振幅可在0～0.3mm之间间断可调。且振动频率和振幅输出稳定，受负载的影响小。

附图说明

图1是本发明一种应用于难加工材料深孔加工的轴向低频回转振动装置的整体外观图。

图2是本发明一种应用于难加工材料深孔加工的轴向低频回转振动装置剖视图。

图3是本发明一种应用于难加工材料深孔加工的轴向低频回转振动装置分解图。

图4是本发明的低频振动产生机构。

图5是本发明的连接机构。

图6是本发明的外壳。

1、低频振动产生机构；101、后外角度盘；102、后内角度盘；103、小防松螺母；104、固定垫片；105、后外球套；106、后内球套；107、第一小角接触球轴承；108、大轴承外圈垫片；109、大轴承内圈垫片；110、第二小角接触球轴承；111、前内球套；112、前外球套；113、振动轴；114、前内角度盘；115、前外角度盘 2、连接机构；201、大防松螺栓；202、第一大角接触球轴承；203、小轴承外圈垫片；204、小轴承内圈垫片；205、第二大角接触球轴承；206、机床连接件；3、外壳；301、第一油封圈挡板；302、前法兰盘；303、第一石棉垫片；304、空心环；305、外壳件；306、第二油封圈挡板；307、第二石棉垫片；308、后法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的进行详细的描述：

见图1-图3，本发明一种回转低频轴向振动深孔加工装置，该装置包括有低频振动产生机构1、连接机构2、外壳3；它们之间的连接关系是：低频振动产生机构1和连接机构2分别从外壳3两侧装入，最后通过外壳3的前法兰盘302和后法兰盘308从两侧分别用6个M6的螺栓固定在外壳件305上。

如图4所示，所述低频振动产生机构1由后外角度盘101、后内角度盘102、小防松螺母103、固定垫片104、后外球套105、后内球套106、第一小角接触球轴承(107)、大轴承外圈垫片108、大轴承内圈垫片109、第二小角接触球轴承(110)、前内球套111、前外球套112、振动轴113、前内角度盘114、前外角度盘115组成；它们的连接关系是前外角度盘115和后外角度盘101、前内角度盘114和后内角度盘102、前内球套111和后内球套106之间有错位的3×120°的槽，可以相互紧密配合，配合关系采用过盈配合。安装时先将第一小角接触球轴承(107)和第二小角接触球轴承(110)背靠背安装在前内球套111和后内球套106之间，此后将前内角度盘114和后内角度盘102安装在轴承的外圈上，确认后外角度盘101、后内角度盘102、前内角度盘114、前外角度盘115的相对位置后，将前外角度盘115和后外角度盘101安装在前内角度盘114和后内角度盘102上，此后按照顺序前外球套112→上述组件→后外球套105→固定垫片104→小防松螺母103分别从振动轴113一侧安装，并锁紧小防松螺母103上的沉头螺栓。最后在振动轴113凹槽内安装上O型圈，隔绝深孔钻削的切削液进入，保证腔体内部环境的稳定。

在低频振动装置产生振动过程中，由于前外角度盘115和后外角度盘101的内端面、前内角度盘114和后内角度盘102的外端面的法线和轴线之间的夹角为0.5°，内外角度盘的每相对旋转一个位置，每一个配合状态都能产生一个角度值，使第一小角接触球轴承(107)和第二小角接触球轴承(110)产生相应的倾角，通过前法兰盘302固定能保持第一小角接触球轴承(107)和第二小角接触球轴承(110)在整个加工过程中稳定的保持在一个角度。其中第一小角接触球轴承(107)和第二小角接触球轴承(110)的倾角的滑动和支撑由球面提供。球面的球心位置距离振动轴113的轴心存在偏心值，这样便可以保证第一小角接触球轴承(107)和第二小角接触球轴承(110)内外相对旋转一圈时的输出振幅，其大小取决于球心位置偏差、第一小角接触球轴承(107)和第二小角接触球轴承(110)的倾斜角度。球面配合的位置采用合金钢(内球套)和耐磨铜合金(外球套)制作，保证配合的耐用度，尽量减少磨损在加工过程中的影响。

如图5所示，所述连接机构2由大防松螺栓201、第一大角接触球轴承(202)、小轴承外圈垫片203、小轴承内圈垫片204、第二大角接触球轴承(205)、机床连接件206组成；它们的连接关系是按照第二大角接触球轴承(205)→小轴承外圈垫片203、小轴承内圈垫片204→第一大角接触球轴承(202)→大防松螺母201分别从机床连接件206一侧安装，第一大角接触球轴承(202)和第二大角接触球轴承(205)采用背靠背的安装方式，最后锁紧大防松螺母201上的沉头螺栓即可。小轴承外圈垫片203和小轴承内圈垫片204起到增大轴承支撑距离的作用。第一大角接触球轴承(202)和第二大角接触球轴承(205)一是保证机床主轴的轴向精度能保持外壳3和机床连接件206同轴，进而保证低频振动产生机构1和连接机构2同轴。二是隔离外部电机带动的外壳3和机床主轴的相对转动，使振动产生机构内外圈分别转动。机床连接件206的内部一侧内部嵌入铜合金的耐磨套，另一侧是与振动轴113配合的花键，保证振动轴113输出和机床主轴相同转速的同时，也能输出低频振动产生装置的低频振动。

如图6所示，所述外壳3是由第一油封圈挡板(301)、前法兰盘302、第一石棉垫片(303)、空心环304、外壳件305、第二油封圈挡板(306)、第二石棉垫片(307)、后法兰盘308组成，它们的连接关系是前法兰盘302的油封圈通过4个M4的螺栓将第一油封圈挡板(301)，外壳件305上有H型同步带带齿，以通过外部电机来带动外壳3转动，给低频振动提供能量输入，外壳件305前端有6个M6螺纹孔，其固定的前法兰盘302可保持低频振动产生机构1的前外角度盘115和后外角度盘101、前内角度盘114和后内角度盘102紧密结合，并稳定在恒定角度，此外前法兰盘302、后法兰盘308的油封圈能隔绝外界灰尘、切削液的进入，保持腔体内部环境的稳定。通过外壳体后端6个M6螺纹孔固定的前法兰盘302、后法兰盘308，外壳件305尾端与连接机构2保持稳定装配，保持外壳3和连接机构2同轴，进而保证低频振动产生机构1和连接机构2同轴。

Claims (8)

1.一种应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，包括低频振动产生机构(1)、连接机构(2)和外壳(3)，所述低频振动产生机构(1)插入所述外壳(3)的一端，所述连接机构(2)插入所述连接机构(2)的另一端并与所述低频振动产生机构(1)连接；

所述低频振动产生机构(1)包括振动轴(113)，在所述振动轴(113)上依次套设有后外角度盘(101)、后内角度盘(102)、后外球套(105)、后内球套(106)、第一小角接触球轴承(107)、第二小角接触球轴承(110)、前内球套(111)、前外球套(112)、前内角度盘(114)和前外角度盘(115)；

所述前外角度盘(115)和后外角度盘(101)的内端面、所述前内角度盘(114)和后内角度盘(102)的外端面的法线和轴线之间分别具有一个非零的夹角，以在所述内外角度盘的每相对旋转一个位置时，都会使所述第一小角接触球轴承(107)和第二小角接触球轴承(110)产生相应的倾角；

所述第一小角接触球轴承(107)和所述第二小角接触球轴承(110)的倾角的滑动和支撑由所述后外球套(105)与后内球套(106)之间、以及前所述内球套(111)与前外球套(112)之间配合产生的球面提供，且所述球面的球心位置距离所述振动轴(113)的轴心存在偏心值。

2.根据权利要求1所述的应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，所述前外角度盘(115)与后外角度盘(101)之间、和/或所述前内角度盘(114)与后内角度盘(102)之间、和/或所述前内球套(111)与后内球套(106)之间有错位的3×120°的槽，以实现两两之间的紧密配合。

3.根据权利要求1所述的应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，所述低频振动产生机构(1)和连接机构(2)分别通过一个固定在所述外壳(3)端部的法兰盘与所述外壳(3)连接。

4.根据权利要求1所述的应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，所述连接机构(2)包括第一大角接触球轴承(202)、第二大角接触球轴承(205)和机床连接件(206)，其中，所述第一大角接触球轴承(202)、第二大角接触球轴承(205)背靠背地安装在所述机床连接件(206)上，所述机床连接件(206)与所述振动轴(113)通过花键连接。

5.根据权利要求1所述的应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，所述外壳(3)包括外壳件(305)，所述外壳件(305)的外壁上设置有同步带齿，以通过外部电机驱动所述外壳(3)转动，从而给低频振动提供能量输入。

6.根据权利要求1所述的应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，所述夹角小于1度。

7.根据权利要求6所述的应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，所述夹角为0.5度。

8.根据权利要求1所述的应用于难加工材料深孔加工轴向低频回转振动装置，其特征在于，所述后内角度盘(102)与前内角度盘(114)扣合后形成用于安装所述后外球套(105)、后内球套(106)、第一小角接触球轴承(107)、第二小角接触球轴承(110)、前内球套(111)、前外球套(112)的第一腔体，所述后外角度盘(101)与所述前外角度盘(115)之间形成用于容纳所述扣合后的后内角度盘(102)与前内角度盘(114)的第二腔体。