一种复合振动钻削装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种复合振动钻削装置，应用于各种钻床及加工中心的钻削工序中；本实用新型专利技术创造主要由机床本体、超声扭转振动系统、低频轴向振动系统三部分组成；机床本体在保持原有加工功能的基础上，起联接和固定其它两部分的作用；本实用新型专利技术创造利用超声扭转振动系统驱动钻头实现所需的超声扭转振动，借助低频轴向振动系统驱动工件实现低频轴向振动，通过机床自身的钻削参数设置系统，选择合适的转速和进给量，进行复合振动钻削加工；本实用新型专利技术创造具有结构通用性好、材料适用性广等特点，能够同时发挥超声和低频、扭转和轴向不同振动钻削方法的各自优势，从而有利于提高钻削加工质量、实现高精度内孔钻削。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机械加工领域，具体涉及一种超声扭转和低频轴向复合振动钻削装置。
技术介绍
振动钻削是二十世纪六十年代日本宇都宫大学隈部淳一郎教授提出的一种新型钻削技术，其实质是：在传统钻削基础上，给刀具或者工件施加有规律的可控振动，并通过振动参数和切削参数之间的优化匹配，改变传统钻削机理、改善工艺效果，实现高效精密内孔加工。经过五十多年的发展，振动钻削已经成为一种公认的先进内孔加工技术，在难加工材料钻削、深小孔钻削、精密内孔加工方面具有独特的优势。实施振动钻削的方法很多，按照振动频率不同，可以分为超声振动钻削和低频振动钻削；按照振动方式不同，可以分为轴向(纵向)振动钻削(振动方向与钻头轴线方向一致)、扭转振动钻削(振动方向与钻头的回转方向一致)。振动频率和振动方式不同，加工效果不同，实现它们的装置也就各不相同。超声振动钻削是目前最常用的振动钻削工艺，该工艺的实现方法通常是：超声波发生器输出超声频的电振荡信号，经换能器转变为超声振动，再经变幅杆放大后，驱动钻头进行超声振动钻削加工。根据换能器输出的振动方式不同，可分为超声轴向振动钻削和超声扭转振动钻削；从原理上讲，专利号为ZL90222220.1、ZL201420309335.7、ZL201410130919.2和ZL01203690.0的几个专利都属于这类装置，只是在结构特征、实施方式和应用场合上有所差异。该类装置的优点在于：钻头的高频冲击作用能够有效改善材料的切削性能，特别适合于玻璃、陶瓷等硬脆性非金属材料的加工。然而，由于超声振动是在工具系统(包括振动系统和刀具)谐振情况下产生的，更换刀具必需再次进行调谐，且不易实现振动参数的变换。此外，由于超声波发生器输出功率所限，由于切削负荷所导致的振幅损失和参数畸变也制约了该类装置的应用效果。低频轴向振动钻削也是一种常用的振动钻削工艺，由于其变厚切削和变角切削特性突出，能够实现切屑尺寸控制、促进断屑排屑，因此在提高不锈钢、钛合金等难切削金属材料的内孔加工精度、减小孔出口毛刺方面具有显著的工艺效果。ZL200510012717.9公开了一种机械式低频轴向振动钻削装置，该装置是通过双偏心结构(由偏心轴和偏心套组成)把调速电机输出的旋转运动转换为工作台的直线振动，从而驱动工件实现低频轴向振动。该装置振动频率的调整通过改变调速电机的转速实现，振幅的调整通过改变偏心轴和偏心套的相对位置实现，但由于电机输出速度及机械结构自身特点所限，该装置的振动频率较低，通常在150Hz以下；而且振幅调整精度也不高，如不能实现微米级的振幅调整，从而难以实现振动参数和切削参数的最佳匹配，制约了振动钻削工艺效果的有效发挥。复合振动钻削是近年来提出的一种新型振动钻削工艺，其目的在于充分发挥一维振动钻削的各自优势、拓展振动钻削技术的应用范围。ZL201410240342.0公开了一种纵扭复合超声振动切削装置，该装置采用超声振动纵扭主轴系统，把一个超声波发生器输出的超声电振荡信号转换为纵扭复合超声振动，并通过装夹锥柄驱动同轴设置的加工刀具实现复合超声振动钻削加工。该装置能够同时发挥超声轴向振动和超声扭转振动的优势，但超声振动钻削系统的自身局限(如输出振动参数不易变换、振幅损失等)仍是其应用效果发挥的关键制约因素。
技术实现思路
为了实现超声和低频、扭转和轴向多种一维振动钻削工艺的优势互补，在一台设备上同时满足非金属硬脆材料和难切削金属材料的钻削需求，本技术提出了一种超声扭转和低频轴向复合振动钻削装置。本技术的复合振动钻削装置，由机床本体，作为机床附件用于驱动刀具实现超声扭转振动的超声扭转振动系统，作为机床附件用于驱动工件实现频率为10-2000Hz、振幅为1-10μm的低频轴向振动的低频轴向振动系统三部分组成；所述低频轴向振动系统由低频振动控制器、压电振动工作台及连接两者的导线组成；其中压电振动工作台包括振动台壳体、设置在振动台壳体上端的工作台面及设置在振动台壳体下端的底座，所述工作台面与下端LM中心轴相结合为一体，LM中心轴设置在振动台壳体内并通过直线轴承与振动台壳体相结合；所述底座上端设有压电致动器，所述压电致动器设置在振动台壳体内且上端与LM中心轴连接；所述压电致动器通过导线与低频振动控制器连接，接收低频振动控制器提供的一定波形和幅值的交变电信号，带动LM中心轴及工作台面形成相对于振动台壳体的频率为10-2000Hz、振幅为1-10μm的低频轴向振动；且所述工作台面与振动台壳体间通过防转销进行两者间相互扭转位移的限定；所述低频轴向振动系统的底座安装在机床工作台上，与通过锥度刀柄安装在机床主轴锥孔内的超声扭转振动系统结合，在机床自身的转速和进给量设置基础上，进行工件的低频轴向振动和钻头的超声扭转振动相结合的复合振动钻削加工。作为本技术优选实施例的，所述压电致动器与低频振动控制器以及带动工件形成的振动量符合以下公式：ΔL＝(WU-F)/Kp。其中，△L—压电致动器输出的位移量；W－压电致动器的力因数，N/v；U－低频振动控制器输出给压电致动器的驱动电压；F－工件传递给压电致动器的静态载荷；Kp－压电致动器的刚度，N/m；在准静态频宽即谐振频率的三分之一内，振动频率与交变电压的频率相同，压电致动器的输出位移量△L与驱动电压U呈线性关系。进一步，作为本技术优选实施例的，所述压电致动器的固定端通过螺钉安装在底座中心位置，振动输出端通过螺纹旋合结构与LM中心轴的下端连接。进一步，作为本技术优选实施例的，所述直线轴承通过过盈配合安装于振动台壳体中间孔的上部，引导、限位及支撑LM中心轴。进一步，作为本技术优选实施例的，所述防转销通过一端的螺纹结构固定在振动台壳体的上端面，另一端的圆柱结构与工作台面的U型槽间隙配合。作为本技术优选实施例的，所述超声扭转振动系统包括超声扭振电控柜、超声扭转振动刀柄，所述超声扭转振动刀柄通过锥度刀柄与机床主轴锥孔配合，并借助拉钉的牵引作用安装在机床主轴上；超声扭转振动刀柄上的电滑环通过超声电缆与超声扭振电控柜连接，接收电振荡信号；所述电滑环通过刀柄固定环和连接杆与机床的主轴套筒相对固定；电滑环的电刷与套装在超声扭转振动刀柄上的集流环紧密接触，集流环和设置在超声扭转振动刀柄内的扭转振动夹心式换能器的电极片之间通过导线连接，将电振荡信号转换为超声扭转振动；所述超声扭转振动刀柄的下段设置为与换能器连接的变幅转轴，将超声扭转振动的振幅放大后传给装夹在变幅转轴前端的钻头，以驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合振动钻削装置，其特征是：由机床本体，作为机床附件用于驱动刀具实现超声扭转振动的超声扭转振动系统，作为机床附件用于驱动工件实现频率为10‑2000Hz、振幅为1‑10μm的低频轴向振动的低频轴向振动系统三部分组成；所述低频轴向振动系统由低频振动控制器(14)、压电振动工作台(9)及连接两者的导线(13)组成；其中压电振动工作台(9)包括振动台壳体(9‑2)、设置在振动台壳体上端的工作台面(9‑5)及设置在振动台壳体下端的底座(9‑8)，所述工作台面(9‑5)与下端LM中心轴(9‑4)相结合为一体，LM中心轴设置在振动台壳体内并通过直线轴承(9‑3)与振动台壳体相结合；所述底座(9‑8)上端设有压电致动器(9‑1)，所述压电致动器设置在振动台壳体(9‑2)内且上端与LM中心轴(9‑4)连接；所述压电致动器通过导线(13)与低频振动控制器(14)连接，接收低频振动控制器提供的一定波形和幅值的交变电信号，带动LM中心轴(9‑4)和工作台面(9‑5)形成相对于振动台壳体(9‑2)的频率为10‑2000Hz、振幅为1‑10μm的低频轴向振动；且所述工作台面与振动台壳体间通过防转销(9‑7)进行两者间相互扭转位移的限定；所述低频轴向振动系统的底座(9‑8)安装在机床工作台(10)上，与通过锥度刀柄(18)安装在机床主轴锥孔内的超声扭转振动系统结合，在机床自身的转速和进给量设置基础上，进行工件的低频轴向振动和钻头的超声扭转振动相结合的复合振动钻削加工。...

【技术特征摘要】
1.一种复合振动钻削装置，其特征是：由机床本体，作为机床附件用于驱动刀具实现超
声扭转振动的超声扭转振动系统，作为机床附件用于驱动工件实现频率为10-2000Hz、振幅
为1-10μm的低频轴向振动的低频轴向振动系统三部分组成；
所述低频轴向振动系统由低频振动控制器(14)、压电振动工作台(9)及连接两者的导
线(13)组成；其中压电振动工作台(9)包括振动台壳体(9-2)、设置在振动台壳体上端的工
作台面(9-5)及设置在振动台壳体下端的底座(9-8)，所述工作台面(9-5)与下端LM中心轴
(9-4)相结合为一体，LM中心轴设置在振动台壳体内并通过直线轴承(9-3)与振动台壳体相
结合；所述底座(9-8)上端设有压电致动器(9-1)，所述压电致动器设置在振动台壳体(9-2)
内且上端与LM中心轴(9-4)连接；所述压电致动器通过导线(13)与低频振动控制器(14)连
接，接收低频振动控制器提供的一定波形和幅值的交变电信号，带动LM中心轴(9-4)和工作
台面(9-5)形成相对于振动台壳体(9-2)的频率为10-2000Hz、振幅为1-10μm的低频轴向振
动；且所述工作台面与振动台壳体间通过防转销(9-7)进行两者间相互扭转位移的限定；
所述低频轴向振动系统的底座(9-8)安装在机床工作台(10)上，与通过锥度刀柄(18)
安装在机床主轴锥孔内的超声扭转振动系统结合，在机床自身的转速和进给量设置基础
上，进行工件的低频轴向振动和钻头的超声扭转振动相结合的复合振动钻削加工。
2.根据权利要求1所述的复合振动钻削装置，其特征是：所述压电致动器(9-1)与低频
振动控制器(14)以及带动工件形成的振动量符合以下公式：
ΔL＝(WU-F)/Kp其中，△L—压电致动器输出的位移量；
W－压电致动器的力因数，N/v；
U－低频振动控制器输出给压电致动器的驱动电压；
F－工件传递给压电致动器的静态载荷；
Kp－压电致动器的刚度，N/m；

【专利技术属性】
技术研发人员：马利杰，胡波，武民，刘贯军，王占奎，苏建修，李勇峰，贾文月，
申请(专利权)人：河南科技学院，
类型：新型
国别省市：河南;41