CN110052629B - 一种低频振动切削断屑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频振动切削断屑装置，包括壳体、振动切削装置和动力装置。所述振动切削装置包括调幅模块、振动传递模块及动力传递模块。本发明的调幅模块利用双偏心套筒组合和蜗轮蜗杆机构及角度指示机构能够实现在0°到360°之间进行每一度的分级调节)，可以实现振幅在规定范围内连续调节。本发明能可靠地实现车削断屑，可以改变刀具切削的振幅，其振幅调节范围为0‑0.5mm(分级调速)，可根据实际具体加工要求调节到合适的参数。本发明通过PWM电机调速器来改变电机的转速从而实现振动频率的改变，频率调节范围为25‑40Hz。
Description
技术领域
本发明属于振动切削加工技术领域，特别是一种用于数控机床车削断屑的装置。
背景技术
振动切削是20世纪中期发展起来的一种先进加工技术，即是通过在切削刀具上施加某种有规律的(某一频率和振幅的正弦振动)、可控的振动，使刀具和工件发生非连续性的接触作用，使切削速度、背吃刀量发生周期性的改变，从而改变其加工机理，使传统切削模式发生了根本性的变化。
振动车削有两种：一种是改善加工精度和表面粗糙度为主要目的的超声波振动切削，要采用高频、小振幅的振刀。另一种是以断屑为主要目的，这时多采用低频(最高几百赫兹)、大振幅(最大可达几毫米的)进刀方向的振刀。
通过查阅相关文献了解到，现有此类型的设备较少，且现有设备体积较大导致安装不方便，振幅和频率调节困难不易实现某种范围内的连续调节，零部件制造不方便，成本较高，互换性不高等缺点。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种振幅和频率调节方便、成本低且互换性高的低频振动切削断屑装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种低频振动切削断屑装置，包括壳体、振动切削装置和动力装置。
所述的振动切削装置包括调幅模块、振动传递模块及动力传递模块。
所述的调幅模块包括偏心套筒A、偏心套筒B、扭转蜗杆、扭转蜗杆固定板、深沟球轴承A、防脱盘、角度指示盘、角度指针、圆锥滚子轴承、大自润滑轴承和锁紧螺母；所述的偏心套筒A的左段为连接轴，所述的连接轴上安装同步带轮B，偏心套筒A的右段为具有偏心柱且左端底部密封的套筒，所述的偏心套筒B具有中心孔，偏心套筒B外侧从左至右依次为蜗轮段、轴向环形槽段、大圆柱段和小圆柱段；所述偏心套筒B的中心孔嵌套在偏心套筒A的偏心柱上；所述扭转蜗杆通过扭转蜗杆固定板固定在偏心套筒A的底部；所述偏心套筒B的蜗轮段与扭转蜗杆啮合连接；所述防脱盘由圆筒和环形板组成、构成横向“H”形状，圆筒的外侧面与偏心套筒A过盈配合连接、内侧面嵌套在偏心套筒B的轴向环形槽段上，环形板嵌套在偏心套筒B的大圆柱段上、并压紧在偏心套筒B的轴向环形槽里的深沟球轴承A上，所述的防脱盘通过紧定螺钉与偏心套筒A锁紧；所述角度指针嵌套在偏心套筒B的大圆柱段上、位于防脱盘的右侧、通过紧定螺钉与大圆柱段固定；所述角度指示盘粘贴在防脱盘的环形板右侧；所述大自润滑轴承嵌套在偏心套筒B的小圆柱段上；所述锁紧螺母安装在偏心套筒A的偏心柱右端；所述偏心套筒A的圆筒段外侧安装圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承通过圆锥滚子轴承座安装在轴承座固定板上，所述的轴承座固定板安装在底板上。
所述振动传递模块包括导轨A、导轨B、滑块A、滑块B、滑动支撑杆、刀片、刀片支撑杆、小自润滑轴承和连杆。所述导轨A和导轨B分别固定在导轨支撑块A和导轨支撑块B上，所述的导轨支撑块A和导轨支撑块B均固定在底板上；所述滑块A和导轨A滑动连接，滑块B和导轨B滑动连接，所述滑动支撑杆的两端分别通过螺钉固定在滑块A和滑块B上；所述刀片支撑杆的一端安装刀片、另一端通过螺栓固定在滑动支撑杆上；所述连杆的两端设置有圆孔，大端的圆孔与大自润滑轴承固定连接、小端的圆孔与小自润滑轴承固定连接，所述的小自润滑轴承通过自润滑轴承固定销安装在滑动支撑杆上；
所述动力传递模块包括电机、传动轴A、传动轴B、传动轴C、锥齿轮A、锥齿轮B、斜齿轮A、斜齿轮B、斜齿轮C、斜齿轮D、同步带轮A、同步带轮B、深沟球轴承B、固定架A、固定架B和固定架C；所述锥齿轮A固定在电机的输出轴端，所述锥齿轮B固定在传动轴A的左端，所述锥齿轮A与锥齿轮B啮合；所述的斜齿轮A固定在传动轴A的右端，所述的斜齿轮B固定在传动轴B的右端，所述的斜齿轮A与斜齿轮B啮合；所述的斜齿轮C固定在传动轴B上斜齿轮B的左侧，所述的斜齿轮D固定在传动轴C的右端，所述的斜齿轮C与斜齿轮D啮合；所述同步带轮A固定在传动轴C上斜齿轮D的左侧，所述同步带轮B固定在偏心套筒A的连接轴上；所述传动轴A、传动轴B和传动轴C的两端均安装深沟球轴承B，所述传动轴A、传动轴B和传动轴C的两端的深沟球轴承B各自分别固定在固定架A和固定架B里，所述固定架A和固定架B通过螺栓固定在底板上，所述的固定架C通过螺钉安装在固定架A和底板上；
所述动力装置包括电机、PWM电机调速器和电源，所述的电机安装在底板的底部，电机通过PWM电机调速器与电源连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明所设计的调幅模块利用双偏心套筒组合和蜗轮蜗杆机构及角度指示机构能够实现在0°到360°之间进行每一度的分级调节)，可以实现振幅在规定范围内连续调节。本发明能可靠地实现车削断屑，可以改变刀具切削的振幅和频率，其振幅调节范围为0-0.5mm(分级调速)，可根据实际具体加工要求调节到合适的参数。
2.本发明通过PWM电机调速器来改变电机的转速从而实现振动频率的改变，频率调节范围为25-40Hz(无级调速)。
3.本发明所设计和采用的零部件除个别重要零件为精密加工的零件外，大多数均为标准件，其成本低且互换性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为图1的左视图。
图5为图1的右视图。
图6为调幅模块结构图。
图7为图6的B-B剖视图。
图8为调幅模块的工作原理示意图。
图中：1、底板；2、轴承座固定板；3、锁紧螺母；4、连杆；5、固定架A；6、导轨支撑块A；7、滑块A；8、自润滑轴承固定销；9、滑动支撑杆；10、圆锥滚子轴承；11、防脱盘；12、角度指示盘；13、导轨A；14、电机；15、圆锥滚子轴承座；16、刀片；17、刀片支撑杆；18、锥齿轮B；19、锥齿轮A；20、传动轴A；21、斜齿轮A；22、传动轴B；23、斜齿轮B；24、斜齿轮C；25、斜齿轮D；26、传动轴C；27、同步带轮A；28、固定架B；29、固定架C；30、角度指针；31、大自润滑轴承；32、小自润滑轴承；33、同步带轮B；34、调幅模块；35、偏心套筒A；36、扭转蜗杆固定板；37、偏心套筒B；38、深沟球轴承A；39、扭转蜗杆；40、导轨支撑块B；41、导轨B；42、滑块B；43、深沟球轴承B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。如图1-8所示，一种低频振动切削断屑装置，包括壳体、振动切削装置和动力装置。
所述的振动切削装置包括调幅模块34、振动传递模块及动力传递模块。
所述的调幅模块34包括偏心套筒A35、偏心套筒B37、扭转蜗杆39、扭转蜗杆固定板36、深沟球轴承A38、防脱盘11、角度指示盘12、角度指针30、圆锥滚子轴承10、大自润滑轴承31和锁紧螺母3；所述的偏心套筒A35的左段为连接轴，所述的连接轴上安装同步带轮B33，偏心套筒A35的右段为具有偏心柱且左端底部密封的套筒，所述的偏心套筒B37具有中心孔，偏心套筒B37外侧从左至右依次为蜗轮段、轴向环形槽段、大圆柱段和小圆柱段；所述偏心套筒B37的中心孔嵌套在偏心套筒A35的偏心柱上；所述扭转蜗杆39通过扭转蜗杆固定板36固定在偏心套筒A35的底部；所述偏心套筒B37的蜗轮段与扭转蜗杆39啮合连接；所述防脱盘11由圆筒和环形板组成、构成横向“H”形状，圆筒的外侧面与偏心套筒A35过盈配合连接、内侧面嵌套在偏心套筒B37的轴向环形槽段上，环形板嵌套在偏心套筒B37的大圆柱段上、并压紧在偏心套筒B37的轴向环形槽里的深沟球轴承A38上，所述的防脱盘11通过紧定螺钉与偏心套筒A35锁紧；所述角度指针30嵌套在偏心套筒B37的大圆柱段上、位于防脱盘11的右侧、通过紧定螺钉与大圆柱段固定；所述角度指示盘12粘贴在防脱盘11的环形板右侧；所述大自润滑轴承31嵌套在偏心套筒B37的小圆柱段上；所述锁紧螺母3安装在偏心套筒A35的偏心柱右端；所述偏心套筒A35的圆筒段外侧安装圆锥滚子轴承10，所述圆锥滚子轴承10通过圆锥滚子轴承座15安装在轴承座固定板2上，所述的轴承座固定板2安装在底板1上。
所述振动传递模块包括导轨A13、导轨B41、滑块A7、滑块B42、滑动支撑杆9、刀片16、刀片支撑杆17、小自润滑轴承32和连杆4。所述导轨A13和导轨B41分别固定在导轨支撑块A6和导轨支撑块B40上，所述的导轨支撑块A6和导轨支撑块B40均固定在底板1上；所述滑块A7和导轨A13滑动连接，滑块B42和导轨B41滑动连接，所述滑动支撑杆9的两端分别通过螺钉固定在滑块A7和滑块B42上；所述刀片支撑杆17的一端安装刀片16、另一端通过螺栓固定在滑动支撑杆9上；所述连杆4的两端设置有圆孔，大端的圆孔与大自润滑轴承31固定连接、小端的圆孔与小自润滑轴承32固定连接，所述的小自润滑轴承32通过自润滑轴承固定销8安装在滑动支撑杆9上；
所述动力传递模块包括电机14、传动轴A20、传动轴B22、传动轴C26、锥齿轮A19、锥齿轮B18、斜齿轮A21、斜齿轮B23、斜齿轮C24、斜齿轮D25、同步带轮A27、同步带轮B33、深沟球轴承B43、固定架A5、固定架B28和固定架C29；所述锥齿轮A19固定在电机14的输出轴端，所述锥齿轮B18固定在传动轴A20的左端，所述锥齿轮A19与锥齿轮B18啮合；所述的斜齿轮A21固定在传动轴A20的右端，所述的斜齿轮B23固定在传动轴B22的右端，所述的斜齿轮A21与斜齿轮B23啮合；所述的斜齿轮C24固定在传动轴B22上斜齿轮B23的左侧，所述的斜齿轮D25固定在传动轴C26的右端，所述的斜齿轮C24与斜齿轮D25啮合；所述同步带轮A27固定在传动轴C26上斜齿轮D25的左侧，所述同步带轮B33固定在偏心套筒A35的连接轴上；所述传动轴A20、传动轴B22和传动轴C26的两端均安装深沟球轴承B43，所述传动轴A20、传动轴B22和传动轴C26的两端的深沟球轴承B43各自分别固定在固定架A5和固定架B28里，所述固定架A5和固定架B28通过螺栓固定在底板1上，所述的固定架C29通过螺钉安装在固定架A5和底板1上；
所述动力装置包括电机14、PWM电机调速器和电源，所述的电机14安装在底板1的底部，电机14通过PWM电机调速器与电源连接。
本发明的工作原理如下：
1、传动路线为：电机14通过固定在电机14输出轴端的锥齿轮A19，通过啮合带动锥齿轮B18并改变传动方向；锥齿轮B18通过传动轴A20带动斜齿轮A21，斜齿轮A21通过啮合带动斜齿轮B23；斜齿轮B23通过传动轴B22带动斜齿轮C24，斜齿轮C24通过啮合带动斜齿轮D25；斜齿轮D25通过传动轴C26带动同步带轮A27，同步带轮A27通过同步带带动同步带轮B33，通过偏心套筒A35的连接轴带动偏心套筒A35转动；偏心套筒A35通过防脱盘11将偏心套筒B37固定牢靠防止其窜动并带动偏心套筒B37转动；偏心套筒B37通过大自润滑轴承31带动连杆4的大端既绕偏心套筒A35的中心轴进行旋转又绕偏心套筒B37的小圆柱段做规定角度范围内的往复式转动，连杆4通过小端绕自润滑轴承固定销8做相应角度范围内的往复式转动；小自润滑轴承32通过自润滑轴承固定销8带动滑动支撑杆9做正弦往复式运动，滑动支撑杆9带动滑块A7和滑块B42分别沿道轨A和道轨B同步滑动；滑动支撑杆9通过刀片支撑杆17带动刀片16做正弦往复式运动。
2、调幅方法为：偏心套筒B37上固定有角度指针30且防脱盘11上粘贴有角度指示盘12，调幅时利用振幅调节杆插入扭转蜗杆39的正方形孔中，然后调节扭转蜗杆39的旋转，可以实现蜗轮蜗杆转动以使偏心套筒B37旋转，旋转时，观察角度指针30指向角度指示盘12上的角度数，当角度数达到规定的角度时，停止扭转蜗杆39的旋转；振幅调节计算公式为A＝2·L·sin(a/2)，A为振幅(如图8所示，点O3为偏心套筒A35的中心，其坐标为(-L，0)，点O2为偏心套筒B37的小圆柱段表面上的一点，当a的取值范围为在(π/2,3π/2)之间时、其坐标为(L·cos(π-a)，L·sin(π-a))，当a的取值范围为在[0,π/2]和[3π/2,2π]之间时、其坐标为(-L·cos(a)，L·sin(a))，点O1为偏心套筒A35的偏心柱表面上或者是偏心套筒B37的中心孔表面上的一点，其坐标为(0，0)，A即为点O2到点O3的距离，利用坐标计算距离的公式如下：
当a的取值范围为在(π/2,3π/2)之间时，
当a的取值范围为在[0,π/2]和[3π/2,2π]之间时，
L为偏心距(即图8中点O1到点O2的距离或者点O1到点O3的距离)，a为角度指针30指向角度指示盘12上的角度数。
3、调频方法为：根据实现振动切削时刀片16要求的频率要求，利用动力装置中的PWM电机调速器来改变电机14的转速从而实现振动频率的改变。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种低频振动切削断屑装置，其特征在于：包括壳体、振动切削装置和动力装置；
所述的振动切削装置包括调幅模块(34)、振动传递模块及动力传递模块；
所述的调幅模块(34)包括偏心套筒A(35)、偏心套筒B(37)、扭转蜗杆(39)、扭转蜗杆固定板(36)、深沟球轴承A(38)、防脱盘(11)、角度指示盘(12)、角度指针(30)、圆锥滚子轴承(10)、大自润滑轴承(31)和锁紧螺母(3)；所述的偏心套筒A(35)的左段为连接轴，所述的连接轴上安装同步带轮B(33)，偏心套筒A(35)的右段为具有偏心柱且左端底部密封的套筒，所述的偏心套筒B(37)具有中心孔，偏心套筒B(37)外侧从左至右依次为蜗轮段、轴向环形槽段、大圆柱段和小圆柱段；所述偏心套筒B(37)的中心孔嵌套在偏心套筒A(35)的偏心柱上；所述扭转蜗杆(39)通过扭转蜗杆固定板(36)固定在偏心套筒A(35)的底部；所述偏心套筒B(37)的蜗轮段与扭转蜗杆(39)啮合连接；所述防脱盘(11)由圆筒和环形板组成、构成横向“H”形状，圆筒的外侧面与偏心套筒A(35)过盈配合连接、内侧面嵌套在偏心套筒B(37)的轴向环形槽段上，环形板嵌套在偏心套筒B(37)的大圆柱段上、并压紧在偏心套筒B(37)的轴向环形槽里的深沟球轴承A(38)上，所述的防脱盘(11)通过紧定螺钉与偏心套筒A(35)锁紧；所述角度指针(30)嵌套在偏心套筒B(37)的大圆柱段上、位于防脱盘(11)的右侧、通过紧定螺钉与大圆柱段固定；所述角度指示盘(12)粘贴在防脱盘(11)的环形板右侧；所述大自润滑轴承(31)嵌套在偏心套筒B(37)的小圆柱段上；所述锁紧螺母(3)安装在偏心套筒A(35)的偏心柱右端；所述偏心套筒A(35)的圆筒段外侧安装圆锥滚子轴承(10)，所述圆锥滚子轴承(10)通过圆锥滚子轴承座(15)安装在轴承座固定板(2)上，所述的轴承座固定板(2)安装在底板(1)上；
所述振动传递模块包括导轨A(13)、导轨B(41)、滑块A(7)、滑块B(42)、滑动支撑杆(9)、刀片(16)、刀片支撑杆(17)、小自润滑轴承(32)和连杆(4)；所述导轨A(13)和导轨B(41)分别固定在导轨支撑块A(6)和导轨支撑块B(40)上，所述的导轨支撑块A(6)和导轨支撑块B(40)均固定在底板(1)上；所述滑块A(7)和导轨A(13)滑动连接，滑块B(42)和导轨B(41)滑动连接，所述滑动支撑杆(9)的两端分别通过螺钉固定在滑块A(7)和滑块B(42)上；所述刀片支撑杆(17)的一端安装刀片(16)、另一端通过螺栓固定在滑动支撑杆(9)上；所述连杆(4)的两端设置有圆孔，大端的圆孔与大自润滑轴承(31)固定连接、小端的圆孔与小自润滑轴承(32)固定连接，所述的小自润滑轴承(32)通过自润滑轴承固定销(8)安装在滑动支撑杆(9)上；
所述动力传递模块包括电机(14)、传动轴A(20)、传动轴B(22)、传动轴C(26)、锥齿轮A(19)、锥齿轮B(18)、斜齿轮A(21)、斜齿轮B(23)、斜齿轮C(24)、斜齿轮D(25)、同步带轮A(27)、同步带轮B(33)、深沟球轴承B(43)、固定架A(5)、固定架B(28)和固定架C(29)；所述锥齿轮A(19)固定在电机(14)的输出轴端，所述锥齿轮B(18)固定在传动轴A(20)的左端，所述锥齿轮A(19)与锥齿轮B(18)啮合；所述的斜齿轮A(21)固定在传动轴A(20)的右端，所述的斜齿轮B(23)固定在传动轴B(22)的右端，所述的斜齿轮A(21)与斜齿轮B(23)啮合；所述的斜齿轮C(24)固定在传动轴B(22)上斜齿轮B(23)的左侧，所述的斜齿轮D(25)固定在传动轴C(26)的右端，所述的斜齿轮C(24)与斜齿轮D(25)啮合；所述同步带轮A(27)固定在传动轴C(26)上斜齿轮D(25)的左侧，所述同步带轮B(33)固定在偏心套筒A(35)的连接轴上；所述传动轴A(20)、传动轴B(22)和传动轴C(26)的两端均安装深沟球轴承B(43)，所述传动轴A(20)、传动轴B(22)和传动轴C(26)的两端的深沟球轴承B(43)各自分别固定在固定架A(5)和固定架B(28)里，所述固定架A(5)和固定架B(28)通过螺栓固定在底板(1)上，所述的固定架C(29)通过螺钉安装在固定架A(5)和底板(1)上；
所述动力装置包括电机(14)、PWM电机调速器和电源，所述的电机(14)安装在底板(1)的底部，电机(14)通过PWM电机调速器与电源连接。
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