CN201095006Y - 间歇微量进给微小孔钻床 - Google Patents

Abstract

间歇微量进给微小孔钻床，涉及一种钻削设备，尤其是涉及一种采用间歇微量进给的用于微小孔钻削的间歇微量进给微小孔钻床。提供一种将钻削时的时间、空间、钻削工艺参数细微化并重新匹配，使之协调合理的应用于实际钻削中，满足微小孔钻削需要的间歇微量进给微小孔钻床。设有底座、升降调节机构、钻床本体、交流伺服电机、精密微量进给机构、高速电主轴、钻夹头组件和控制机构。升降调节机构设于底座上，钻床本体设于升降调节机构顶部。精密微量进给机构设有进给机构底座、精密直线导轨副、精密滚珠丝杆副及其双螺母机构、联轴器、预紧力调节机构、高速轴承和滑动座，高速电主轴固定在滑动座上，控制机构设有程序控制器、触摸屏和变频调速器。

Description

间歇微量进给微小孔钻床

技术领域

本实用新型涉及一种钻削设备，尤其是涉及一种采用间歇微量进给的用于微小孔钻削的间歇微量进给微小孔钻床。

背景技术

在现代的制造业中，微小孔的加工越来越多，由于所要加工的微小孔的质量要求也越来越高，而且对所要加工微小孔的材料也日益增多，因此高效率、高质量、高精度和低成本、易操作、易维护的微小孔的加工技术已成为现代制造业急于解决的一个技术难题。孔是机械零件的重要组成部分之一，而且随着现代制造业的快速发展，出现了大量的难加工的材料，如：工程陶瓷、不锈钢、复合材料、合金材料和永磁材料等，在这些材料上加工孔尤其是微小孔，不是很容易。当今加工微小孔的主要方法有激光打孔、电火花加工、高速钻孔、超声波打孔、超声波振动钻孔和复合超声波振动电火花加工等，以上加工方法各自存在一定的缺陷，比如：激光打孔、电火花加工的小孔表面产生加工硬化；超声波打孔只是在脆硬材料上才有优势，而且这些方法不是稳定性适应性差、自动化程度低，就是设备价格很贵，相对制造成本高，所加工的孔的精度也不高，不太适合批量钻孔的生产需要。于是急需一种具有先进理念的钻削工艺及其设备，来满足现代制造业的需要。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有的微小孔钻削设备中存在的上述缺陷，提供一种将钻削时的时间、空间、钻削工艺参数细微化并重新匹配，使之协调合理的应用于实际钻削中，满足微小孔钻削需要的间歇微量进给微小孔钻床。

本实用新型设有底座、升降调节机构、钻床本体、交流伺服电机、精密微量进给机构、高速电主轴、钻夹头组件和控制机构。

升降调节机构设于底座上，钻床本体设于升降调节机构顶部。

精密微量进给机构用于钻削的进给入钻和退钻运动，精密微量进给机构设有进给机构底座、精密直线导轨副、精密滚珠丝杆副及其双螺母机构、联轴器、预紧力调节机构、上高速轴承、下高速轴承和滑动座，进给机构底座固定于钻床本体上，精密直线导轨副固定于进给机构底座上，精密滚珠丝杆副通过双螺母机构和预紧力调节机构与滑动座连接，精密滚珠丝杆副通过联轴器与交流伺服电机的电机轴连接，滑动座固定于精密直线导轨副上，上高速轴承和下高速轴承分别设于精密滚珠丝杆副两端并分别和精密滚珠丝杆的上下轴承部装配配合。交流伺服电机正反旋转带动精密滚珠丝杆副的滚珠丝杆正反旋转。

高速电主轴固定在精密微量进给机构的滑动座上，高速电主轴带动钻头做高速精密旋转运动。钻夹头组件用于钻头的夹紧固定，钻夹头组件设于高速电主轴下端。

控制机构设有程序控制器(PLC)、触摸屏和变频调速器，程序控制器的输入端接触摸屏的人机界面，变频调速器的输入端接程序控制器的输出端，变频调速器的输出端接高速电主轴的输入端；程序控制器通过“间歇钻削”软件与交流伺服电机的伺服驱动器连接，交流伺服电机的伺服驱动器和交流伺服电机连接，根据使用者通过人机界面输入的相关工艺参数自动计算出交流伺服电机运动所需要的PA、PB及脉冲类型和频率等参数并可保存相关数据，实现自动钻削。控制机构的各元件之间以及与高速电主轴、交流伺服电机等之间通过电缆和相关接口连接。

通过交流伺服电机的旋转带动精密滚珠丝杆旋转，通过精密直线导轨副和精密滚珠丝杆副将交流伺服电机的旋转运动转换成工艺需要的精密微量进给入钻和退钻运动，利用PA、PB脉冲信号(脉冲输入口A和脉冲输入口B)实现交流伺服电机的正反转。

进给机构底座可通过螺纹连接固定于钻床本体上，精密直线导轨副可通过螺纹连接固定于进给机构底座上，滑动座可通过螺纹连接固定于精密直线导轨副上。

在精密微量进给机构上最好设有防尘盖。

本实用新型在使用时，先将工件装夹定位，调整高速电主轴的起始高度，根据工艺需要在人机界面上输入有关参数，钻削开始，高速电主轴的转速V在整个钻孔过程中基本上保持恒速，控制部分的“间歇钻削”软件会自动根据公式计算出交流伺服电机的脉冲频率、正反转需要的脉冲数等参数，完成钻削深度L后自动提升高速电主轴到起始位置高度，等待下一个钻削的开始。

与现有的微小孔钻削床相比，本实用新型具备如下的突出特点：

1.切削的微量化：因为根据实际钻削需要，可以合理地选择每次的微小钻削深度L_n，可以将每次的微小钻削深度L_n精确到0.25～30μm，做到微量切削。

2.微小孔钻削：只需合理调节各个工艺参数，即可很容易地切削直径为Φ0.1～1.0mm的微小孔。

3.切削力很小：由于可以做到微量切削，因此根据钻削需要切削力可以非常的小。

4.切削热很小：由于可以做到微量切削、切削力也很小，因此每次的微小钻削深度L_n切削产生的切削热也非常小。

5.间歇钻削：由于每钻削一个微小钻削深度都是由进钻钻削和退钻这几个主要阶段组成，根据实际需要合理调整选择每次进钻钻削和退钻的距离如此连续累积钻削N次含N次以上，则完成一个深度为L的孔的钻削，因此钻削是间歇进行的。而且在每一个微小钻削深度的钻削所用的时间中实际切削所用的时间小于未切削(空程：如退钻)所占用的时间，这样配置每一个微小钻削深度中进钻钻削和退钻等各个时间段的时间长短主要是为了保证在每一个微小钻削深度的钻削中钻头有相对充足的时间冷却，所以在每一个微小钻削深度的钻削中钻头行程分配都是“钻削少退钻多”的。

6.切削温度很低：由于间歇切削微量切削并且切削液或其他冷却气体或空气(干切削时)的进入及排出可以大大带走切削热，因此实际切削温度很低。

7.易于排屑：由于可以做到微量切削和间歇切削，根据实际需要适当调整好相关钻孔参数完全可以做到几何断屑，并且断屑十分微小极易排出，并且进给入钻时对切削液或其他冷却气体或空气(干切削时)的急速压缩使其快速排出也有助于排屑。

8.环保切削、钻削速度相对快：由于可以做到微量切削、间歇切削、切削热很小、易于排屑、空气可以进入易于冷却降温等原因，根据实际情况可以不用切削液(干切削)或采用微量切削液(半干切削)，既降低制造成本又做到环保切削。同时根据实际需要合理调整各项钻削参数使每次微量切削都变得非常简单容易，因此可以快速连续反复进行微量间歇切削，钻削的速度相对较快。

9.自动钻削：调整好钻削及钻床各参数后，钻削过程是自动实现的。

10.全自动钻削：该设备可根据实际需要配置自动送料、卸料、夹具等机构，实现大批量的全自动钻削，大大提高生产效率，降低制造成本。

11.操作方便：钻床调整好后，钻削时根据实际钻削工艺需要只要在操作面板上输入高速精密主轴转速V(r/min)、钻削深度L(mm)、微小钻削深度L_n(mm)、退钻距离D(mm)、钻削速度V_z(mm/s)等参数即可进行自动钻孔。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型设有底座1、升降调节机构2、钻床本体3、交流伺服电机4、精密微量进给机构(101～109)、高速电主轴5、钻夹头组件6、控制机构7和防尘盖8。升降调节机构2设于底座1上，钻床本体3设于升降调节机构2顶部。精密微量进给机构用于钻削的进给入钻和退钻运动，精密微量进给机构设有进给机构底座101、精密直线导轨副102、精密滚珠丝杆副103及其双螺母机构104、联轴器105、预紧力调节机构106、上高速轴承107、下高速轴承108和滑动座109，进给机构底座101通过螺纹连接固定于钻床本体3上，精密直线导轨副102通过螺纹连接固定于进给机构底座101上，精密滚珠丝杆副103通过双螺母机构104和预紧力调节机构106与滑动座109连接，精密滚珠丝杆副103通过联轴器105与交流伺服电机4机轴连接，滑动座109通过螺纹连接固定于精密直线导轨副102上，上高速轴承107和下高速轴承108分别设于精密滚珠丝杆副103两端并分别和精密滚珠丝杆的上下轴承部装配配合。交流伺服电机4正反旋转带动精密滚珠丝杆副103的滚珠丝杆正反旋转。

高速电主轴5固定在精密微量进给机构的滑动座109上，高速电主轴5带动钻头做高速精密旋转运动。钻夹头组件6用于钻头的夹紧固定，钻夹头组件6设于高速电主轴5下端。

控制机构7设有程序控制器(PLC)、触摸屏和变频调速器，程序控制器的输入端接触摸屏的人机界面，变频调速器的输入端接程序控制器的输出端，变频调速器的输出端接高速电主轴的输入端；程序控制器通过“间歇钻削”软件与交流伺服电机的伺服驱动器连接，交流伺服电机的伺服驱动器和交流伺服电机连接，根据使用者通过人机界面输入的相关工艺参数自动计算出交流伺服电机运动所需要的PA、PB及脉冲类型和频率等参数并可保存相关数据，实现自动钻削。控制机构的各元件之间以及与高速电主轴、交流伺服电机等之间通过电缆和相关接口连接。控制机构7中的程序控制器、触摸屏、变频调速器和伺服驱动器等可采用市售产品或现有通用的电路；上述高速电主轴、精密直线导轨副、精密滚珠丝杆副等也可采用市售产品。

本实用新型通过精密直线导轨副和精密滚珠丝杆副将精密滚珠丝杆的旋转运动转变为精密微量进给机构滑动座的直线运动，带动高速电主轴进行上下运动来满足钻削的进给入钻和退钻运动。本实用新型将所需要钻削的深度为L的孔分为N次微小钻削逐渐来完成，每次入钻钻削的微小钻削深度为L_n，则L_n＝L/N(即把L分为N等份)。例如将完成钻削一个深度为L的孔称为一个钻削单元，可根据实际钻削需要把这一个钻削单元细分为N个微小钻削单元来完成，所以每个微小钻削单元所钻削的孔的深度应该为L_n。在本实用新型中每钻削一个微小钻削深度L_n都是由入钻钻削和退钻这几个主要阶段组成，这样就把一个钻孔的工作量根据实际钻削需要细分了，把N个L_n累加就等于L，即把钻孔微观化了。站在微观的角度来解决宏观的问题，也将切削力和切削精度细微化了，从根本上将复杂有难度的工作简单化了。

以下就其中的一个微小钻削单元的工艺特点进行分析，根据实际钻削工件材料、钻头、转速、钻削速度等实际情况来合理地选择N的值，每钻削一个微小钻削深度L_n后钻头就会立即后退使钻头切削刃部分迅速脱离接触正在被钻削的材料表面一个距离D，从而产生一个相对的真空区间，随即切削液或其他冷却气体或空气(干切削时)马上进入填充这个相对真空区间，并充分渗透到材料由于被钻削而产生的带有微小裂痕的表面缝隙中产生良好的冷却和润滑作用，紧接着随着下一个微小钻削单元的钻削进入这个相对真空区间的切削液或其他冷却气体或空气(干切削时)立刻被钻头的进入而压缩排出，将产生的切削热充分带走，大大降低了切削的温度，大大改善了切削、润滑条件，延长了刀具的寿命。

钻床本体3可与普通的钻床类似，可以用现有的床身改造而成。根据需要可以设计成台式钻床、立式钻床或摇臂钻床等形式。

由于高速电主轴采用变频调速，因此省去了带轮或齿轮传动，基本实现了钻床的“零传动”，提高了传动效率和传动精度。由于高速电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，因此能够实现极高的转速和加、减速度，调速范围宽。高速电主轴固定在精密微量进给机构的滑动座上，高速电主轴带动钻头做高速精密旋转运动，因为要钻削微小孔(通常称直径为Φ1mm以下的孔为微小孔)，所以选择的高速电主轴的回转精度高，径向跳动小于5μm，转速V可达60000r/min，当然也可以根据需要选择具有其他参数的高速精密主轴。

精密微量进给机构负责钻削的进给入钻和退钻运动，精密微量进给机构的双螺母机构可以消除滚珠丝杆和螺母之间的间隙，做到无间隙高精度传动，交流伺服电机的电机轴通过精密联轴器和精密滚珠丝杆连接，根据实际工艺需要伺服电机正反旋转带动精密滚珠丝杆正反旋转，通过精密直线导轨副和精密滚珠丝杆副将精密滚珠丝杆的旋转运动转变为精密微量进给机构滑动座的直线运动，从而带动高速精密电主轴进行上下运动来满足钻削的进给入钻和退钻运动。进给量可以根据工艺需要调节，最小进给量可达0.25μm，如果需要还可以将最小进给量调节在更细小的范围。

通过交流伺服电机的旋转带动精密滚珠丝杆旋转，通过精密直线导轨副和精密滚珠丝杆副将伺服电机的旋转运动转换成工艺需要的精密微量进给入钻和退钻运动，利用PA、PB实现伺服电机的正反转，每给一个脉冲，伺服电机即执行一步，同时利用伺服电机的电子齿轮比可以实现0.01～100倍比的脉冲比例控制，从而得到非常高的伺服系统的定位精度，满足钻削的需要。

Claims (5)

1.间歇微量进给微小孔钻床，其特征在于设有底座、升降调节机构、钻床本体、交流伺服电机、精密微量进给机构、高速电主轴、钻夹头组件和控制机构；升降调节机构设于底座上，钻床本体设于升降调节机构顶部；精密微量进给机构设有进给机构底座、精密直线导轨副、精密滚珠丝杆副及其双螺母机构、联轴器、预紧力调节机构、上高速轴承、下高速轴承和滑动座，进给机构底座固定于钻床本体上，精密直线导轨副固定于进给机构底座上，精密滚珠丝杆副通过双螺母机构和预紧力调节机构与滑动座连接，精密滚珠丝杆副通过联轴器与交流伺服电机的电机轴连接，滑动座固定于精密直线导轨副上，上高速轴承和下高速轴承分别设于精密滚珠丝杆副两端并分别和精密滚珠丝杆的上下轴承部装配配合；高速电主轴固定在精密微量进给机构的滑动座上；钻夹头组件设于高速电主轴下端；控制机构设有程序控制器、触摸屏和变频调速器，程序控制器的输入端接触摸屏的人机界面，变频调速器的输入端接程序控制器的输出端，变频调速器的输出端接高速电主轴的输入端；程序控制器与交流伺服电机的伺服驱动器连接，交流伺服电机的伺服驱动器和交流伺服电机连接，控制机构的各元件之间以及与高速电主轴、交流伺服电机之间通过电缆和相关接口连接。

2.如权利要求1所述的间歇微量进给微小孔钻床，其特征在于进给机构底座通过螺纹连接固定于钻床本体上。

3.如权利要求1所述的间歇微量进给微小孔钻床，其特征在于精密直线导轨副通过螺纹连接固定于进给机构底座上。

4.如权利要求1所述的间歇微量进给微小孔钻床，其特征在于滑动座通过螺纹连接固定于精密直线导轨副上。

5.如权利要求1所述的间歇微量进给微小孔钻床，其特征在于在精密微量进给机构上设有防尘盖。

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