CN107649706A - 一种用于深孔加工的振动切削装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于深孔加工工艺设备的技术领域，旨在提供一种用于深孔加工的振动切削装置，利用行星轮行与空间凸轮机构组成深孔加工系统的振动装置，刀具在旋转过程中还会绕着自身轴线往复直线运动。该装置包括驱动电机、机架和刀具，刀具安装于机架上并由电机驱动进给，所述刀具采用自转和往复轴线振动相结合的进给方式。本发明将空间行星轮系和空间凸轮机构连接成一体，最终将两种机构的运动规律进行叠加，输出到刀具系统上，最终使刀具的运动规律既有行星轮系运动的特点，又具有空间凸轮从动件运动输出的特点，实现了刀具在旋转过程中既自转又往复直线运动的规律，实现振动切削，能有效提高工件的加工质量，延长刀具的使用寿命。

Description

一种用于深孔加工的振动切削装置
技术领域
本发明属于深孔加工工艺设备的技术领域，特别涉及一种用于深孔加工的振动切削装置。
背景技术
通常情况下，深孔加工系统有刀具回转工件进给的运动方式，刀具回转进给工件静止和刀具静止工件回转进给三种方式，本发明应用于刀具回转工件进给的加工方式。
深孔加工难度高，加工工作量大，已成为机械加工中的关键性工序。以枪钻系统为例，枪钻系统属于外排屑系统，主要由授油器、钻杆联结器、刀具系统组成，工作时，切削液通过授油器从刀具内部输油通道到达刀具头部进行冷却润滑，并将切屑经钻杆外部V型槽通过切削液向外冲出，由于刀具腔体内部压力很高同时刀具旋转速度很快，保证了切屑的排出和工件的加工精度。
在机构创新设计领域，天津大学张策教授受差速器的启发，创新设计了行星分度凸轮机构，但其仅应用于机构的精确分度，未涉及到深孔加工振动切削领域。在深孔加工领域，未涉及到利用深孔行星轮与凸轮结合进行振动切削的技术，只是单独应用凸轮机构实现机构的振动，对机构的回转运动还需要单独的动力输入装置。
本发明创造性的使凸轮机构中的空间凸轮与行星轮机构中的中心齿轮做成一体，通过一个动力源的输入就可以输出主轴的往复直线运动和回转运动，结构更加简单紧凑。
发明内容
本发明旨在提供一种用于深孔加工的振动切削装置，利用行星轮行与空间凸轮机构组成深孔加工系统的振动装置，刀具在旋转过程中还会绕着自身轴线往复直线运动。对进给速度进行一次调节，再利用变速机构实现进给速度的二次调节，实现进给速度更大范围内的调节。
本发明采用如下技术方案：
一种用于深孔加工的振动切削装置，包括驱动电机、机架和刀具，刀具安装于机架上并由电机驱动进给，所述刀具采用自转和往复轴线振动相结合的进给方式。
所述刀具的自转由周转轮系驱动，刀具的往复轴线振动由凸轮机构驱动，周转轮系和凸轮机构均由电机驱动，周转轮系和凸轮机构的输出端通过连杆一连接刀具。
所述周转轮系采用自由度为1的行星齿轮机构，包括固定内齿轮、行星齿轮和中心齿轮，固定内齿轮固定于机架上，中心齿轮通过旋转主轴、联轴器与电机的输出轴连接，连杆一的一端通过嵌套与行星齿轮同轴连接，嵌套镶嵌于行星齿轮内与行星齿轮构成转动副，连杆一与嵌套构成移动副，连杆一的另一端通过圆柱套筒副与刀具连接。
所述凸轮机构包括空间圆柱凸轮和滚子推杆从动件，空间圆柱凸轮与中心齿轮同轴且无相对运动，滚子推杆从动件的一端与空间圆柱凸轮外表面上的曲线凹槽构成滚动副，滚子推杆从动件的另一端与连杆一固定连接。
所述圆柱套筒副包括间隙配合连接的空心轴和固定轴，空心轴、固定轴、旋转主轴、空间圆柱凸轮和中心齿轮同轴，固定轴固定于机架上，空心轴通过连杆二与连杆一固定连接，空心轴由连杆一驱动绕固定轴转动并相对固定轴沿轴向作往复直线运动，刀具与空心轴同轴连接并随空心轴同步作自转运动和往复的轴向振动。
所述连杆为方形杆，嵌套的形状为外圈呈圆形、内圈呈方形，方形连杆与嵌套内孔采用间隙配合。
所述空间圆柱凸轮外表面上的曲线凹槽为周向连续、首尾闭合的单条正弦曲线凹槽。
本发明提出将空间行星轮系和空间凸轮机构利用连杆连接成一体，最终将两种机构的运动规律进行叠加，输出到刀具系统上，最终使刀具的运动规律既有行星轮系运动的特点，又具有空间凸轮从动件运动输出的特点，实现了刀具在旋转过程中既自转又往复直线运动的规律，是一种按正弦曲线规律进给的振动切削。
本发明通过采用廓线为单条正弦曲线的空间凸轮以及行星轮系，使进给切削时的切削厚度（进给量）也按正弦曲线规律性变化，则切削时不会因切削厚度突变造成刚性或柔性冲击。应用于深孔加工领域，可有效解决传统切削方式中因冲击对工件质量和刀具寿命的影响，能有效提高工件的加工质量，延长刀具的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为行星结构示意图；
图中：1-固定内齿轮；2-行星齿轮；3-嵌套；4-中心齿轮；5-连杆一；6-连杆二；7-空心轴；8-固定轴；9-滚子推杆从动件；10-空间圆柱凸轮；11-旋转主轴；12-联轴器；13-电机；14-机架；15-刀具。
具体实施方式
结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示的用于深孔加工的振动切削装置，包括固定内齿轮1、行星齿轮2、嵌套3、中心齿轮4、方形连杆一5、连杆二6、空心轴7、固定轴8、滚子推杆从动件9、空间凸轮10、旋转主轴11、联轴器12、主轴电机13、机架14、刀具15。所述主轴电机13将外部动力通过联轴器12与旋转主轴11相连接；旋转主轴11通过平键与中心齿轮4连接，将外部动力施加于中心齿轮4上；中心齿轮4与行星齿轮2、固定内齿轮1、机架14构成一个周转轮系，该周转轮系自由度大小为1，为行星齿轮系。
中心齿轮4在外部动力作用下，沿自身轴线作整周转动，此时行星齿轮2沿着中心齿轮4的轴心作公转转动，同时行星齿轮2绕着自身轴线作自转运动，与行星齿轮2相内啮合的固定内齿轮1被固定在机架上。
嵌套3镶嵌于行星齿轮2内，行星齿轮2在作绕中心齿轮4公转的同时带动嵌套3相对于中心齿轮4作公转。
嵌套3与行星齿轮2的连接方式为转动副的连接方式，嵌套3与方形连杆5的连接方式为移动副的连接方式。此处方形连杆5与嵌套3内孔的配合为间隙配合，且嵌套3的形状为外圈呈圆形，内圈呈方形。
嵌套3内圈的方形连杆5被行星齿轮2带动作相同的公转运动。中心齿轮4与空间凸轮10焊接成为一个构件，与中心齿轮4作同步转动，空间凸轮10上的凸轮廓线为单条正弦曲线。
与空间凸轮10轮廓曲线相接触的是滚子推杆从动件9，方形连杆5与滚子推杆从动件9、连杆6和运动输出轴7焊接为一体。
所述的空心轴7与固定轴8的连接方式为转动副，固定轴8被固定在机架14上，空心轴7与刀具15相连。空心轴7在行星齿轮2与凸轮从动件的带动下既作自转运动又作往复的轴向振动。刀具15在空心轴7的带动下同时作自转运动和往复的轴向振动，实现振动切削。

Claims (7)

1.一种用于深孔加工的振动切削装置，包括驱动电机（13）、机架（14）和刀具（15），刀具（15）安装于机架（14）上并由电机（13）驱动进给，其特征在于：所述刀具（15）采用自转和往复轴线振动相结合的进给方式。
2.根据权利要求1所述的用于深孔加工的振动切削装置，其特征在于：所述刀具（15）的自转由周转轮系驱动，刀具（15）的往复轴线振动由凸轮机构驱动，周转轮系和凸轮机构均由电机（13）驱动，周转轮系和凸轮机构的输出端通过连杆一（5）连接刀具（15）。
3.根据权利要求2所述的用于深孔加工的振动切削装置，其特征在于：所述周转轮系采用自由度为1的行星齿轮机构，包括固定内齿轮（1）、行星齿轮（2）和中心齿轮（4），固定内齿轮（1）固定于机架（14）上，中心齿轮（4）通过旋转主轴（11）、联轴器（12）与电机（13）的输出轴连接，连杆一（5）的一端通过嵌套（3）与行星齿轮（2）同轴连接，嵌套（3）镶嵌于行星齿轮（2）内与行星齿轮（2）构成转动副，连杆一（5）与嵌套（3）构成移动副，连杆一（5）的另一端通过圆柱套筒副与刀具（15）连接。
4.根据权利要求3所述的用于深孔加工的振动切削装置，其特征在于：所述凸轮机构包括空间圆柱凸轮（10）和滚子推杆从动件（9），空间圆柱凸轮（10）与中心齿轮（4）同轴且无相对运动，滚子推杆从动件（9）的一端与空间圆柱凸轮（10）外表面上的曲线凹槽构成滚动副，滚子推杆从动件（9）的另一端与连杆一（5）固定连接。
5.根据权利要求4所述的用于深孔加工的振动切削装置，其特征在于：所述圆柱套筒副包括间隙配合连接的空心轴（7）和固定轴（8），空心轴（7）、固定轴（8）、旋转主轴（11）、空间圆柱凸轮（10）和中心齿轮（4）同轴，固定轴（8）固定于机架（14）上，空心轴（7）通过连杆二（6）与连杆一（5）固定连接，空心轴（7）由连杆一（5）驱动绕固定轴（8）转动并相对固定轴（8）沿轴向作往复直线运动，刀具（15）与空心轴（7）同轴连接并随空心轴（7）同步作自转运动和往复的轴向振动。
6.根据权利要求5所述的用于深孔加工的振动切削装置，其特征在于：所述连杆（5）为方形杆，嵌套（3）的形状为外圈呈圆形、内圈呈方形，方形连杆（5）与嵌套（3）内孔采用间隙配合。
7.根据权利要求6所述的用于深孔加工的振动切削装置，其特征在于：所述空间圆柱凸轮（10）外表面上的曲线凹槽为周向连续、首尾闭合的单条正弦曲线凹槽。
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