CN2082651U - 微小孔超声振动钻削装置 - Google Patents

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赵继
王立江
韩春学
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Abstract

本实用新型是一种微小孔超声振动钻削装置。 其特征是振动主轴输出端直径与钻头直径之比 d2/dt大于10，高速旋转振动主轴上的换能器正极 的电信号由带绝缘套的轴承引出，用来代替原有的电 刷。该装置具有钻头装卸方便，电信号引出简单等优 点，避免了电刷在高转速下易磨损及寿命低的问题。

Description

本实用新型是一种微小孔钻削加工中使用的超声振动钻削装置。
微小孔（孔径在1mm以下）加工一直是机械制造中的难点，利用普通钻削法加工微小孔不仅效率低，而且钻头易折断，目前已有超声振动钻削加工工艺，它具有加工效率高，钻头寿命长，加工表面质量好等优点，但在加工微小孔时效果不理想。
超声振动钻削是将超声波发生器发出的高频电信号，经振动主轴上的换能器转化为高频机械振动，再由变幅杆将振动传给钻头，钻头一边随主轴做高速旋转，一边做轴向超声振动。目前国内外尚无适用于微小孔加工的超声振动钻削装置。
本实用新型的目的就是为了解决微小孔加工的难题，而设计的微小孔超声振动钻削装置。
本实用新型所述的微小孔超声振动钻削装置主要由超声波发生器（1）、振动主轴（2）、小型台钻本体（4）、钻头（5）、钻夹头（6）、套筒（9）、压电陶瓷（10）、振动主轴支承轴承（11）组成的微小孔超声振动钻削装置，其特征在于振动主轴输出端直径与钻头之比大于10，在振动主轴支承轴承下面设有电信号引出轴承（3），在电信号引出轴承上设有绝缘内套（7）和绝缘外套（12），绝缘内套一端面带有台阶，并设有穿线孔，用来与振动主轴支承轴承绝缘，绝缘外套从振动主轴下端套入用于固定信号引出轴承（3），并与套筒（9）联接，压电陶瓷片上的电信号正极引出线（8）经振动主轴上的纵向槽引出，穿过绝缘内套上的小孔与电信号引出轴承相联，利用该轴承内环端面将引线挤住，在轴承外环将电线接出，整个轴承用绝缘外套绝缘保护，使电信号的引出由一轴承代替原有的电刷。而电信号负极直接由振动主轴传给钻床床身。
由声学理论中的等效网络分析法，可得到超声振动主轴系统的谐振条件为：
·Z2＝Zttgαt（1）式中符号意义如下：
Z0为换能器声阻，Z0＝ρ0C0S0，C2 0＝E0／ρ0，α0＝K0L0，K0＝ω／C0，S0及L0分别为换能器面积及长度。
Z1＝ρCS1，Z2＝ρCS2，α1＝KL1，α2＝KL2，K＝ω／C，C2＝E／ρ，L1、L2分别为阶梯式变幅杆粗、细段长度，S1、S2分别为粗、细段面积。
Zt为钻头材料声阻，Zt＝ρtCtSt，αt＝KtLt，Kt＝ω／Ct，Lt为钻头伸出长度。
由公式（1）算出的主轴振动系统谐振频率fg与钻头伸出长度Lt、钻夹头下端（振动主轴输出端）直径（d2）与钻头直径（dt）之比d2／dt的理论关系曲面见图2，由图可见，当d2＞＞dt时，钻头伸出长度Lt的变化对振动系统的谐振频率fg的影响很小。这说明当d2不可能做的很大的情况下，超声振动钻削更适合于微小孔的加工。为了解决微小孔加工时主轴转速高，电信号引出困难的问题，本实用新型采用轴承（3）将换能器正极的电信号引出，负极电信号由主轴经钻床床身传出，并接至超声波发生器上。
本实用新型所述的微小孔超声振动钻削装置具有的优点是：钻头装夹方便，伸出长度不必按照半波长的整数倍严格控制，只要钻头直径足够小，Lt的变化对振动系统频率的影响就很小。由于微小孔振动钻削需要的振幅和功率小，换能器发热少，加之主轴转速高，振动主轴靠自然风冷即可。高转速的电信号引出采用轴承后，避免了采用常规电刷高速下易磨损的问题。
附图1是本实用新型所述的微小孔超声振动钻削装置的结构简图。
附图2是用公式（1）计算得到的主轴振动系统谐振频率fg与钻头伸出长度及面积关系的理论曲面图。
附图3是振动主轴部分的放大图。
图中（1）为超声波发生器、（2）为振动主轴、（3）为电信号引出轴承、（4）为小型台钻本体、（5）为钻头、（6）为钻夹头、（7）为绝缘内套、（8）为电信号正极引出线、（9）为套筒、（10）为压电陶瓷片、（11）为支承轴承、（12）为绝缘外套。
附图1是本实用新型所述的微小孔超声振动钻削装置的实施例。振动主轴下端与钻夹头相连，钻夹头夹持部位直径为8mm，所夹钻头直径0.4mm，其d2／dt＝20。旋转主轴上换能器的电信号由轴承（3）引出，该轴承内孔与主轴绝缘。

Claims (1)

1、一种主要由超声波发生器(1)、振动主轴(2)、小型台钻本体(4)、钻头(5)、钻夹头(6)、套筒(9)、压电陶瓷(10)、振动主轴支承轴承(11)组成的微小孔超声振动钻削装置，其特征在于振动主轴输出端直径与钻头之比大于10，在振动主轴支承轴承下面设有电信号引出轴承(3)，在电信号引出轴承上设有绝缘内套(7)和绝缘外套(12)，绝缘内套一端面带有台阶，并有穿线孔与振动主轴支承轴承绝缘，绝缘外套从振动主轴下端套入用于固定电信引出轴承(3)，并与套筒(9)联接，压电陶瓷片(10)上的电信号正极引出线(8)经振动主轴上的纵向槽引出，穿过绝缘内套上的小孔与电信号引出轴承相联，再在轴承外环将电线通过绝缘外套接出。
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