CN110480062A - 一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置，包括伺服电机、电机支座、上凸轮、滚动花键轴、滚动花键副、主轴支架、下凸轮、弹簧端盖、弹簧、弹簧挡板；所述伺服电机连接滚动花键轴一端；所述电机支座一端通过螺栓与主轴支架后端固定连接，另一端与伺服电机固定连接；滚动花键轴穿过电机支座的端盖，在滚动花键轴的外侧设置主轴支架，主轴支架和滚动花键轴之间的两端设置有一对滚动轴承，一对滚动轴承分列在主轴支架两端；主轴支架的前端通过螺栓与下凸轮同轴固定在滚动花键轴上；所述滚动花键轴的花键部分外侧设有滚动花键副，所述滚动花键副的后端通过螺栓与上凸轮固定连接。该装置可在轴向方向移动的同时，传递较大扭矩，提高了钻削效率。
Description
技术领域
本发明涉及机械振动领域，具体是一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置。
技术背景
振动钻孔是一种脉冲切削方法。在切削过程中给工件或刀具施加某种有规律的振动，从而降低切削力，加强排屑，提高孔的加工质量和切削效率。然而，在传统振动辅助钻孔装置中，使用振动电机安装在钻削装置的尾部提供周期振动，这样不仅使得振动在传递的时候衰减不少、传递到钻头不能实现理想的振动规律，还伴随着振动电机的自同步性等问题，而且装置体积和重量过大，不便于小型化。
中国专利ZL201080052001.0公开了一种轴向加工装置。其特点采用了一种具有滚动部件的轴承和弹性复位部件，轴承中的滚动部件在轴向部分的波纹式滚道上滚动，可以周期性的使行进齿轮在加工期间沿着轴的行进方向上移动。其中弹性复位部件沿着加工期间轴移动的反方向推动行进齿轮，使得轴的旋转伴随着轴向振动运动。该发明摒弃了传统上使用振动电机产生振动的方式，解决了振动电机自同步性等问题，结构紧凑，体积和重量有所减小，用于扩孔，但存在以下缺点：1、该装置采用齿轮传动，制造及安装精度要求高，加工复杂，制造成本高，可替换性较差。2、由于该装置中的齿轮在滚针轴承内旋转并做轴向移动，但滚针轴承摩擦系数较大，在高转速下发热量大，滚针轴承易变形，对轴的变形或安装误差很敏感，且轴向位移小，故而加工效率受限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置。在钻孔过程中，振动机构中的上凸轮、下凸轮和弹簧相配合，可在轴向方向上实现有规律的振动；通过花键轴和滚动花键副相配合，可以在轴向方向移动的同时，传递较大扭矩，提高了钻削效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置，包括伺服电机、电机支座、上凸轮；其特征在于：该装置还包括滚动花键轴、滚动花键副、主轴支架、下凸轮、弹簧端盖、弹簧、弹簧挡板；
所述伺服电机通过联轴器与滚动花键轴一端连接；所述电机支座一端通过螺栓与主轴支架后端固定连接，另一端与伺服电机固定连接；滚动花键轴穿过电机支座的端盖，在滚动花键轴的外侧设置主轴支架，主轴支架和滚动花键轴之间的两端设置有一对滚动轴承，一对滚动轴承分列在主轴支架两端，分别通过主轴支架、电机支座端盖和花键轴轴肩定位；主轴支架的前端通过螺栓与下凸轮同轴固定在滚动花键轴上，在一对滚动轴承外侧的花键轴上开有两处凹槽，凹槽内放置密封圈进行密封；
所述滚动花键轴的花键部分外侧设有滚动花键副，所述滚动花键副的后端通过螺栓与上凸轮固定连接，滚动花键副的前端通过螺栓和钻轴固定连接，滚动花键副外侧开有注油孔，注油孔为通孔，连接滚动花键副中的保持架和油嘴；油嘴安装在滚动花键副外表面的通孔附近；上凸轮朝向下凸轮的一侧开有均布通孔，通孔内嵌放着球轴承，球轴承内具有滚动部件；其中球轴承与通孔为过渡配合；
所述下凸轮上设有供滚动部件滚动的波纹滚道，波纹状滚道的最大深度小于等于其滚动部件直径大小，波纹状滚道中波纹数量与球轴承数量一致；
在钻轴和滚动花键副围成的内侧靠近滚动花键副一端设置弹簧端盖，弹簧端盖的前端设置有多个用于安装弹簧的弹簧凹槽，弹簧挡板设置在弹簧端盖的前端，弹簧挡板与弹簧端盖之间放置弹簧。
所述滚动花键轴末端有螺纹和键槽，弹簧挡板的前端通过进行止动垫圈和圆螺母定位防松；钻头放进筒夹中，筒夹安装在螺帽内，钻轴末端通过螺纹与螺帽连接。
所述下凸轮结构上整体为两级圆环状，大圆环的环端面上设有用于与主轴支架固定的安装通孔，并用螺栓与主轴支架前端固定连接；小圆环的环端面内设有波纹状滚道，波纹状滚道与球轴承中的滚动部件相切。
波纹状轨道中波纹的形状设置为正弦或余弦波纹。
上凸轮朝向滚动花键副的一侧开设有轴肩，与滚动花键副配合固定。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本装置增加了滚动花键副，其中滚动花键副中的多个滚珠可以在滚动花键副中保持架中滚动，实现比使用滚针轴承和普通花键时具有更大的承载能力，且可以在进行直线运动的同时传递更大的扭矩。另外，采用滚动花键副可以将旋转方向的间隙控制在零间隙或过盈，可进行高速直线运动和高速旋转运动，并具有较长的寿命。
(2)油嘴安装在滚动花键副外侧，其注油孔位于滚珠保持架中间，贯穿花键副，连接保持架和油嘴，可定期通过油嘴往保持架内的滚珠加油脂，润滑性好，进一步保证了滚动花键副和花键轴的使用性能和寿命。
(3)本装置中的振动机构采用了上凸轮、下凸轮，与滚珠花键副和弹簧搭配使用，其中上凸轮和下凸轮具有加工简单，制造成本低，可替换性高的特点。
(4)本装置使用了双列滚动轴承，可承受双向轴向载荷，比单列轴承能承受更大的轴向载荷。
(5)本装置在实现振动钻削性能的同时，增加了滚珠花键副，具有传动效率高、定位精度高、同步性能好、使用寿命长等优点。采用了上下凸轮，在实现功能的同时，降低了成本。整体装置上结构紧凑简单，可做成小型化手持式振动钻孔装置，也可与直线运动平台连接，安装在机床上使用。
综上，本申请装置结构简单紧凑，效率高，使用方便，成本低，体积小重量轻，便于小型化，寿命长，相对背景技术专利能在高转速、深长孔加工的场合，转速能达到800r/min以上，高速旋转时能够保证同轴度，实用性更强。
附图说明
图1为本发明一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置一种实施例的整体结构剖视主视结构示意图。
图2为本发明一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置一种实施例的下凸轮的轴测图。
图3为本发明一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置一种实施例的下凸轮的主视图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为图3的B-B剖视图。
图6为图3的C-C剖视图。
图7为本发明一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置一种实施例的球轴承的主视图。
图8为本发明一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置一种实施例的上凸轮装配体A-A的剖视图。
图9为本发明一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置一种实施例的上凸轮装配体的主视图。
图中：1、伺服电机；2、电机支座；3、联轴器；4、主轴支架；5、滚动轴承；6、下凸轮；7、螺栓；8、上凸轮；9、油嘴；10、弹簧端盖；11、滚动花键轴；12、密封圈；13、滚动部件；14、球轴承；15、滚动花键副；16、弹簧；17、弹簧挡板；18、止动垫圈；19、圆螺母；20、钻轴；21、筒夹；22、螺帽；23、钻头。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请的保护范围。
本发明提供了一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置(参见图1，简称装置)，包括滚动花键轴11、滚动花键副15、主轴支架4、下凸轮6、弹簧端盖10、弹簧16、弹簧挡板17、止动垫圈18、伺服电机1、电机支座2、上凸轮8、圆螺母19；
上述的下凸轮6、球轴承14、上凸轮8、滚动花键副15、弹簧端盖10、弹簧16、弹簧挡板17、止动垫圈18、圆螺母19构成振动机构；
所述伺服电机1提供动力源，通过联轴器3与滚动花键轴11一端连接；所述电机支座2 一端通过螺栓与主轴支架4后端固定连接，另一端与伺服电机1固定连接；滚动花键轴11 穿过电机支座的端盖，在滚动花键轴的外侧设置主轴支架4，主轴支架4和滚动花键轴之间的两端设置有一对滚动轴承5，一对滚动轴承5分列在主轴支架两端，分别通过主轴支架4、电机支座2端盖和花键轴轴肩定位；主轴支架的前端通过螺栓与下凸轮6同轴固定在滚动花键轴上，在一对滚动轴承外侧的花键轴上开有两处凹槽(即电机支座2端盖与滚轴花键轴11 配合面、下凸轮6与滚动花键轴11配合面)，凹槽内放置密封圈12进行密封；
所述滚动花键轴的花键部分外侧设有滚动花键副15，所述滚动花键副15的后端通过螺栓7与上凸轮8固定连接，滚动花键副的前端通过螺栓和钻轴20固定连接，滚动花键副15 外侧开有注油孔，滚动花键副内含保持架，保持架内有滚珠，注油孔为通孔，连接滚动花键副中的保持架和油嘴9；油嘴9安装在滚动花键副15外表面的通孔附近，且通过注油孔使油嘴和滚动花键副15与滚动花键轴11相接触部位联通；上凸轮8朝向下凸轮6的一侧开有均布通孔(如图8和图9)，通孔内嵌放着球轴承14，球轴承14内具有滚动部件13；其中球轴承14与通孔为过渡配合；上凸轮朝向滚动花键副15的一侧开设有轴肩，与滚动花键副配合固定。
所述下凸轮结构上整体为两级圆环状，大圆环的环端面上设有用于与主轴支架固定的安装通孔，并用螺栓与主轴支架4前端固定连接。小圆环的环端面内设有波纹状滚道6-1，与球轴承14中的滚动部件相切(即点接触)。且球轴承数量等于下凸轮面上的波纹数。波纹状滚道的最大深度小于等于其滚动部件直径大小，波纹状滚道中波纹数量与球轴承数量一致，安装好后，球轴承中的滚动部件恰好能在波纹滚道的相应波纹中滚动。波纹状轨道中波纹的形状设置为正弦或余弦波纹，此时下凸轮为正弦或余弦运动规律，冲击小、运动平稳。
在钻轴20和滚动花键副15围成的内侧靠近滚动花键副一端设置弹簧端盖10，弹簧端盖10的前端设置有多个用于安装弹簧16的弹簧凹槽，弹簧挡板17设置在弹簧端盖的前端，弹簧挡板与弹簧端盖之间放置弹簧16，弹簧数量等于弹簧端盖10上弹簧凹槽数；所述滚动花键轴11末端有螺纹和键槽，弹簧挡板17的前端通过止动垫圈18和圆螺母19进行定位防松；钻头23放进筒夹21中，筒夹21安装在螺帽22内，钻轴20末端通过螺纹与螺帽22连接。
本发明凸轮机构式轴向振动钻孔装置的工作原理和工作流程是：
伺服电机通过联轴器与滚动花键轴连接，当伺服电机启动时，其输出轴带动滚动花键轴和滚动花键副一起旋转，由于滚动花键副和钻轴通过螺栓固定连接，进一步带动钻轴上的钻头一起旋转，从而实现钻头的旋转功能。
另一方面，由于采用凸轮机构作为振动源，上凸轮嵌放着球轴承，并通过螺栓和滚动花键副固定连接。下凸轮一面为波纹状滚道6-1，并通过螺栓和主轴支架固定连接；当伺服电机带动滚动花键轴和滚动花键副一起旋转时，上凸轮随滚动花键轴同转速旋转，下凸轮随主轴支架固定不动，此时，上凸轮和下凸轮形成相对转动，其上凸轮的球轴承中的滚动部件会在下凸轮面的波纹状滚道上相对旋转。因波纹状滚道深度为一固定幅值，故上凸轮会在轴向方向上有轴向位移。当球轴承上的滚动部件旋转到波纹状滚道的至高点时，所述弹簧会在滚动花键副上施加一回弹力使其滚动部件继续转动，并返回至低点。此时钻轴上的钻头完成一个周期上的振动。由此反复，钻头上可形成连续的周期性轴向振动。
实施例
本实施例中球轴承数量为3个(如图8和9)。下凸轮波纹状滚道正弦曲面周期数为3个，振幅为0.1-0.5mm。
本发明装置可承载力和传递扭矩大、润滑效果好、使用寿命长、结构简单紧凑、体积小重量轻、便于小型化，可有效解决难加工复合材料在加工深长孔时，转速低、散热效果差、加工质量差的问题。
本发明未述之处适用于现有技术。
Claims (5)
1.一种凸轮机构式轴向振动钻孔装置，包括伺服电机、电机支座、上凸轮；其特征在于：该装置还包括滚动花键轴、滚动花键副、主轴支架、下凸轮、弹簧端盖、弹簧、弹簧挡板；
所述伺服电机通过联轴器与滚动花键轴一端连接；所述电机支座一端通过螺栓与主轴支架后端固定连接，另一端与伺服电机固定连接；滚动花键轴穿过电机支座的端盖，在滚动花键轴的外侧设置主轴支架，主轴支架和滚动花键轴之间的两端设置有一对滚动轴承，一对滚动轴承分列在主轴支架两端，分别通过主轴支架、电机支座端盖和花键轴轴肩定位；主轴支架的前端通过螺栓与下凸轮同轴固定在滚动花键轴上，在一对滚动轴承外侧的花键轴上开有两处凹槽，凹槽内放置密封圈进行密封；
所述滚动花键轴的花键部分外侧设有滚动花键副，所述滚动花键副的后端通过螺栓与上凸轮固定连接，滚动花键副的前端通过螺栓和钻轴固定连接，滚动花键副外侧开有注油孔，注油孔为通孔，连接滚动花键副中的保持架和油嘴；油嘴安装在滚动花键副外表面的通孔附近；上凸轮朝向下凸轮的一侧开有均布通孔，通孔内嵌放着球轴承，球轴承内具有滚动部件；其中球轴承与通孔为过渡配合；
所述下凸轮上设有供滚动部件滚动的波纹滚道，波纹状滚道的最大深度小于等于其滚动部件直径大小，波纹状滚道中波纹数量与球轴承数量一致；
在钻轴和滚动花键副围成的内侧靠近滚动花键副一端设置弹簧端盖，弹簧端盖的前端设置有多个用于安装弹簧的弹簧凹槽，弹簧挡板设置在弹簧端盖的前端，弹簧挡板与弹簧端盖之间放置弹簧。
2.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述滚动花键轴末端有螺纹和键槽，弹簧挡板的前端通过进行止动垫圈和圆螺母定位防松；钻头放进筒夹中，筒夹安装在螺帽内，钻轴末端通过螺纹与螺帽连接。
3.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述下凸轮结构上整体为两级圆环状，大圆环的环端面上设有用于与主轴支架固定的安装通孔，并用螺栓与主轴支架前端固定连接；小圆环的环端面内设有波纹状滚道，波纹状滚道与球轴承中的滚动部件相切。
4.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，波纹状轨道中波纹的形状设置为正弦或余弦波纹。
5.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，上凸轮朝向滚动花键副的一侧开设有轴肩，与滚动花键副配合固定。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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