CN111515423B - 一种纵扭复合超声振动钻床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纵扭复合超声振动钻床，包括钻头主轴传动机构、工作台、立柱、电机、控制面板、进给机构、轴向振动机构和扭振机构；控制面板包含控制器和超声发生器，控制器同时用于控制进给机构、轴向振动机构和扭振机构。本发明可以在加工过程中根据实际需要进行纵扭复合超声振动钻削，轴向和周向振动的振幅频率可以分别调整，工作台上的液压缸可以在扭振时降低速度突变带来的冲击对钻头主轴的损伤，提高了钻床的使用寿命，加工质量高。

Description

一种纵扭复合超声振动钻床

技术领域

本发明属于钻削设备技术领域，涉及一种纵扭复合超声振动钻床。

背景技术

钻床是机械加工中的一种常见加工设备，主要用于工件上的孔加工过程，通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。常规钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。现有的钻床的工作方式主要分为手动钻削和自动钻削两大类，手动钻削加工效率低，自动钻削在具体情况下不灵活或者成本较高；且现有的常规钻削方式易产生连续切屑，难以及时清理，不易排出，会堵塞在钻孔中损伤钻孔内壁增大钻孔内表面粗糙度并增加钻头所受扭矩减少钻头使用寿命；现有的纵扭复合超声换能器是使用轴向超声换能器配合带有螺旋沟槽的超声变幅杆，将轴向振动产生的波的方向转化为纵扭复合波的方向，其所驱动的超声振动，轴向与周向的运动参数必须一致共同调整，且周向的振动会使钻头的实际转速在一个范围内不断地发生突变，会产生冲击对钻头与钻头主轴带来一定的损伤。

发明内容

本发明提供一种纵扭复合超声振动钻床，目的是解决现有技术中存在的上述问题。

现有的纵扭复合超声换能器的原理是通过改变其外形结构来使轴向振动(也称纵振)产生的波的运动方向变为轴向振动和扭振复合后产生的合运动的方向，这样一来扭振的参数就必定与轴向振动的参数相关联而无法独立设定，但是在加工中扭振的角振幅与轴向振动的振动周期之间的关系会影响到工件被加工后的表面质量以及钻头后刀面所受到的挤压，而本发明通过将轴向振动和扭振分开后，调整方式会更加灵活且实用；现有的纵扭复合振动钻削设备工作时钻头的实际转速会以非常高的频率在一个范围内周期性波动，这样高的转速突变会使钻头以及钻头与钻头主轴的连接处不断受到冲击，而本发明在扭振装置上加上液压缸可以起到一定的缓冲作用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纵扭复合超声振动钻床，包括钻头主轴传动机构、工作台、立柱、电机和控制面板，还包括进给机构、轴向振动机构和扭振机构；

所述控制面板包含控制器和超声发生器，控制器同时用于控制进给运动传动机构、轴向振动机构和扭振机构；

所述进给机构由进给运动传动机构和进给控制机构组成；

所述进给运动传动机构包括主蜗杆、与主蜗杆配合的主蜗轮、副蜗杆、与副蜗杆配合的副蜗轮以及与副蜗轮相连的齿轮组；主蜗杆安装在电机主轴上，主蜗轮与主蜗杆啮合，副蜗杆与主蜗轮安装在同一根轴上，副蜗轮与副蜗杆啮合；所述齿轮组由进给齿轮、与进给齿轮同轴的传动齿轮Ⅰ以及与副蜗轮同轴的传动齿轮Ⅱ组成，传动齿轮Ⅰ与传动齿轮Ⅱ相互啮合；

所述进给控制机构包括离合器、导杆、继电器、导杆复位弹簧和进给复位弹簧；所述离合器为干摩擦式离合器，主要由从动盘、压盘、分离轴承、卡环、分离叉、分离套筒、飞轮、膜片弹簧、干摩擦片、摩擦盘、支承环、传动片等组成，干摩擦式离合器可以在一端保持转动时随时中断和继续对另一端的传动；导杆的一端位于进给齿轮的轴上，另一端前后侧分别分布有继电器和导杆复位弹簧(继电器和导杆复位弹簧位于同一高度)，导杆的原理类似于杠杆，它的支点固定在钻床的内壁上，工作时靠近继电器的那一端(导杆靠近继电器的那一端的材质是铁，根据继电器原理，导杆靠近继电器的一端与导杆复位弹簧都可以看作继电器的一部分)，被电磁铁(继电器通电)吸住，另一端便会顺着进给齿轮的轴压紧离合器的膜片弹簧，进给复位弹簧安装在进给齿轮上，进给齿轮的轴连接到离合器的摩擦盘，传动齿轮I连接到离合器的飞轮上；继电器通过控制导杆来调整干摩擦式离合器的状态，从而控制与干摩擦式离合器连接的进给齿轮，由干摩擦式离合器来控制电机与进给齿轮间的传动从而控制进给方式；

所述轴向振动机构包括固定在钻头主轴轴套上的滑环以及随钻头主轴一起转动的超声换能器与超声变幅杆；超声变幅杆安装在超声换能器下方；

所述扭振机构包括转盘、液压缸和超声振动装置(包括换能器与变幅杆)；转盘、液压缸和超声振动装置分别固定在工作台底座上，转盘内轴不动，外轴往返转动，液压缸位于转盘与超声振动装置之间，以达到对钻头转速突变产生的冲击进行缓冲的效果，转盘与液压缸之间通过转盘连接杆连接，超声振动装置连接到液压缸的活塞上。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种纵扭复合超声振动钻床，进给齿轮与传动齿轮I位于同一轴上且分别安装在离合器两侧，该轴水平安装并与钻头主轴垂直；副蜗轮与传动齿轮II同轴且其轴与进给齿轮的轴平行；进给齿轮的动力由电机产生，并由电机主轴通过主蜗杆主蜗轮传到副蜗杆和副蜗轮，由副蜗轮传至与之同轴的传动齿轮Ⅱ，经过与进给齿轮同轴的传动齿轮Ⅰ传到进给齿轮。

如上所述的一种纵扭复合超声振动钻床，进给齿轮与钻头主轴轴套上的齿条啮合。

如上所述的一种纵扭复合超声振动钻床，滑环由滑环定子和滑环转子组成，滑环定子固定在钻头主轴轴套上，钻头主轴轴套不转动，滑环转子固定在钻头主轴上，钻头主轴穿过滑环转子并连接到超声换能器，保证了超声换能器在随着钻头主轴高速转动的同时也能接收到稳定的超声信号，超声换能器、超声变幅杆和钻头主轴的一部分固定在套筒中，钻头主轴和滑环转子、超声换能器、超声变幅杆一同转动。

如上所述的一种纵扭复合超声振动钻床，超声发生器的超声电信号由滑环定子导线出口导入，从滑环转子导线出口导出至超声换能器。

如上所述的一种纵扭复合超声振动钻床，液压缸和超声振动装置均为两套，关于转盘(工作台的中心与转盘中心重合)成中心对称分布，以保证工作台能稳定地振动。

如上所述的一种纵扭复合超声振动钻床，转盘连接杆与转盘以及转盘连接杆与液压缸之间均是通过铰链连接。

如上所述的一种纵扭复合超声振动钻床，控制面板一共分出三根接线(即三根导线)，其中一根接线连到继电器(控制进给)，一根接线连到滑环定子(控制轴向振动)，一根接线连到工作台上的超声换能器(控制扭振)。

本发明的一种纵扭复合超声振动钻床的工作原理为：

电机转动时不仅会带动电机主轴转动，同时还会带动电机主轴上的主蜗杆运动，主蜗杆带动主蜗轮转动，然后通过轴(一根长轴，一段安装主蜗轮，一段安装副蜗杆)带动副蜗杆运动，副蜗杆再带动副蜗轮转动，进而带动齿轮组运动；

工作台与工作台底座之间有一转盘，转盘内轴不动，外轴往返转动，转盘连接杆连接着转盘与液压缸，连接杆两端均为铰接，液压缸通过活塞与固定在工作台底座上的超声振动装置相连，工作时超声振动装置驱动活塞使液压缸运动，进而通过转盘带动工作台进行超声扭振；

控制面板中的控制器通过控制继电器的电路通断来控制导杆位置，从而改变离合器的膜片弹簧位置，进而调整齿轮组之间的传动，以完成进给动作的启动与停止，在进给复位弹簧的作用下进给动作可在按照控制器的设定停止后自动回到初始位置。在控制器的控制下，继电器不通电，导杆在导杆复位弹簧的作用下处于原始位置，离合器中的膜片弹簧放松，干摩擦片压紧，齿轮组的运动由传动齿轮Ⅰ经过离合器传递到进给齿轮上，进给齿轮带动钻头主轴轴套上的齿条运动，钻头跟随钻头主轴轴套向下进给，从而使钻床进行进给钻削动作；预设的进给动作完成时，控制器给继电器通电，导杆贴住继电器，离合器中的膜片弹簧被压紧，干摩擦片松开，传动齿轮Ⅰ的运动无法经过干摩擦式离合器传递到进给齿轮，钻头在进给复位弹簧的作用下回到初始位置；

钻头主轴轴套上装有一滑环，钻头主轴穿过滑环转子并与超声换能器连接到一起，钻头主轴轴套不转动并且钻头主轴与滑环定子连接在一起，超声换能器与超声变幅杆随钻头主轴共同转动，滑环保证了超声换能器在随钻头主轴转动时仍能接收到稳定的超声电信号，从而使钻头一边高速旋转一边进行轴向超声振动同时随钻头主轴做进给运动；钻头在对工件进行轴向超声振动钻削时随钻头主轴轴套的移动完成进给，而不是随立柱整体向下进给；

滑环定子上端与钻头主轴轴套相连，由控制面板中的超声发生器发出的超声电信号从滑环定子导线出口导入，经由滑环转子导线出口导出至超声换能器中，套筒将超声换能器和超声变幅杆以及钻头主轴固定起来，钻头主轴和滑环转子、超声换能器、超声变幅杆一同转动。

有益效果：

(1)本发明的一种纵扭复合超声振动钻床，采用纵扭复合超声振动钻削，与轴向超声振动钻削相比，可以进一步提高断屑效率、降低切削温度、提高孔内表面质量、降低进出口毛刺高度；

(2)本发明的一种纵扭复合超声振动钻床，工作台可以在超声振动装置和转盘及液压缸作用下完成超声扭振，液压缸可以使工作台在进行超声扭振时降低由于钻头转速突变给钻头和钻头主轴带来的冲击，提高了钻床的使用寿命；

(3)本发明的一种纵扭复合超声振动钻床，轴向振动和扭振分开，可以单独调整振动的参数，加工方式更加灵活。

附图说明

图1为本发明的纵扭复合超声振动钻床的结构示意图(主视图)；

图2为本发明的纵扭复合超声振动钻床中进给控制机构的结构示意图(俯视图，弹簧和继电器局部剖)；

图3为本发明的纵扭复合超声振动钻床中滑环的结构示意图(上面的为主视图全剖，下面的为俯视图)；

图4为本发明的纵扭复合超声振动钻床中轴向振动机构的结构示意图(主视图全剖)；

图5为本发明的纵扭复合超声振动钻床中扭振机构的结构示意图(俯视图)；

其中，1-滑环，2-超声换能器，3-超声变幅杆，4-干摩擦式离合器，5-副蜗杆，6-导杆，7-继电器，8.1-主蜗轮，8.2-主蜗杆，9-控制面板，10-进给复位弹簧，11-传动齿轮I，12-进给齿轮，13-钻头主轴，14-钻头主轴轴套，15-滑环定子，16-滑环转子，17-滑环转子导线出口，18-滑环定子导线出口，19-套筒，20-导杆复位弹簧，21-转盘，22-液压缸，23-活塞，24-超声振动装置(包括换能器与变幅杆)，25-转盘连接杆，26-传动齿轮II，27-副蜗轮。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1～5所示，一种纵扭复合超声振动钻床，包括钻头主轴传动机构、工作台、立柱、电机、控制面板9、进给机构、轴向振动机构和扭振机构；

进给机构由进给运动传动机构和进给控制机构组成；进给运动传动机构包括主蜗杆8.2、与主蜗杆8.2配合的主蜗轮8.1、副蜗杆5、与副蜗杆5配合的副蜗轮27以及与副蜗轮27相连的齿轮组；进给控制机构包括干摩擦式离合器4、导杆6、继电器7、导杆复位弹簧20和进给复位弹簧10；主蜗杆8.2安装在电机主轴上，主蜗轮8.1与主蜗杆8.2啮合，副蜗杆5与主蜗轮8.1安装在同一根轴上，副蜗轮27与副蜗杆5啮合；齿轮组由进给齿轮12、与进给齿轮12同轴的传动齿轮Ⅰ11以及与副蜗轮27同轴的传动齿轮Ⅱ26组成，传动齿轮Ⅰ11与传动齿轮Ⅱ26相互啮合，传动齿轮II 26的轴与进给齿轮12的轴平行，进给齿轮12与钻头主轴轴套14上的齿条啮合；进给齿轮12与传动齿轮I11分别安装在干摩擦式离合器4两侧，进给齿轮12的轴连接到干摩擦式离合器4的摩擦盘，传动齿轮I11连接到干摩擦式离合器4的飞轮上，进给齿轮12与传动齿轮I11所在的轴水平安装并与钻头主轴13垂直；导杆6的一端位于进给齿轮12的轴上，继电器7和导杆复位弹簧20位于导杆6的另一端且分别位于导杆6的前后侧，进给复位弹簧10安装在进给齿轮12上；

轴向振动机构包括固定在钻头主轴轴套14上的滑环1以及随钻头主轴13一起转动的超声换能器2与超声变幅杆3；滑环1安装在钻头主轴13与超声换能器2之间，超声变幅杆3安装在超声换能器2下方；滑环1由滑环定子15和滑环转子16组成，滑环定子15固定在钻头主轴轴套14上，滑环转子16固定在钻头主轴13上，钻头主轴13穿过滑环转子16并连接到超声换能器2，套筒19将超声换能器2和超声变幅杆3以及钻头主轴13进行固定；

扭振机构包括转盘21、液压缸22和超声振动装置24；转盘21、液压缸22和超声振动装置24分别固定在工作台底座上，液压缸22位于转盘21与超声振动装置24之间，转盘21与液压缸22之间通过转盘连接杆25连接，超声振动装置24连接到液压缸22的活塞23上；转盘连接杆25与转盘21以及与液压缸22之间通过铰链连接；液压缸22和超声振动装置24均为两套，且关于工作台成中心对称分布；

控制面板9包含控制器和超声发生器，控制面板9的一根接线连到继电器7，用于控制进给运动传动机构，一根接线连到滑环定子，用于控制轴向振动机构，一根线连接到工作台上的超声换能器，用于控制扭振机构；超声发生器的超声电信号由滑环定子导线出口18导入，从滑环转子导线出口17导出至超声换能器2。

Claims (8)

1.一种纵扭复合超声振动钻床，包括钻头主轴传动机构、工作台、立柱、电机和控制面板，其特征是：还包括进给机构、轴向振动机构和扭振机构；

所述控制面板包含控制器和超声发生器，控制器同时用于控制进给机构、轴向振动机构和扭振机构；

所述进给机构由进给运动传动机构和进给控制机构组成；

所述进给运动传动机构包括主蜗杆、与主蜗杆配合的主蜗轮、副蜗杆、与副蜗杆配合的副蜗轮以及与副蜗轮相连的齿轮组；主蜗杆安装在电机主轴上，主蜗轮与主蜗杆啮合，副蜗杆与主蜗轮安装在同一根轴上，副蜗轮与副蜗杆啮合；所述齿轮组由进给齿轮、与进给齿轮同轴的传动齿轮Ⅰ以及与副蜗轮同轴的传动齿轮Ⅱ组成，传动齿轮Ⅰ与传动齿轮Ⅱ相互啮合；

所述进给控制机构包括离合器、导杆、继电器、导杆复位弹簧和进给复位弹簧；所述离合器为干摩擦式离合器；导杆的一端位于进给齿轮的轴上，另一端前后侧分别分布有继电器和导杆复位弹簧，进给复位弹簧安装在进给齿轮上，进给齿轮的轴连接到离合器的摩擦盘，传动齿轮I连接到离合器的飞轮上；

所述轴向振动机构包括固定在钻头主轴轴套上的滑环以及随钻头主轴一起转动的超声换能器与超声变幅杆；超声变幅杆安装在超声换能器下方；

所述扭振机构包括转盘、液压缸和超声振动装置；转盘、液压缸和超声振动装置分别固定在工作台底座上，液压缸位于转盘与超声振动装置之间，转盘与液压缸之间通过转盘连接杆连接，超声振动装置连接到液压缸的活塞上。

2.根据权利要求1所述的一种纵扭复合超声振动钻床，其特征在于，进给齿轮与传动齿轮I位于同一轴上且分别安装在离合器两侧，该轴水平安装并与钻头主轴垂直；副蜗轮与传动齿轮II同轴且其轴与进给齿轮的轴平行。

3.根据权利要求1或2所述的一种纵扭复合超声振动钻床，其特征在于，进给齿轮与钻头主轴轴套上的齿条啮合。

4.根据权利要求1所述的一种纵扭复合超声振动钻床，其特征在于，滑环由滑环定子和滑环转子组成，滑环定子固定在钻头主轴轴套上，滑环转子固定在钻头主轴上，钻头主轴穿过滑环转子并连接到超声换能器，超声换能器、超声变幅杆和钻头主轴的一部分固定在套筒中。

5.根据权利要求4所述的一种纵扭复合超声振动钻床，其特征在于，超声发生器的超声电信号由滑环定子导线出口导入，从滑环转子导线出口导出至超声换能器。

6.根据权利要求1所述的一种纵扭复合超声振动钻床，其特征在于，液压缸和超声振动装置均为两套，且关于转盘成中心对称分布。

7.根据权利要求6所述的一种纵扭复合超声振动钻床，其特征在于，转盘连接杆与转盘以及与液压缸之间均是通过铰链连接。

8.根据权利要求4所述的一种纵扭复合超声振动钻床，其特征在于，控制面板的一根接线连到继电器，一根接线连到滑环定子，一根接线连到超声换能器。

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