一种用于自动进给钻的模块化微啄装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种用于自动进给钻的模块化微啄装置属于切削加工领域，涉及一种用于钻削加工的自动进给钻的模块化微啄装置。该装置由主轴旋转滑动机构，微啄核心机构，复位机构三部分组成。主轴旋转滑动机构由主轴,角接触球轴承，外花键套，内花键筒，孔挡圈和轴挡圈构成。微啄核心机构由推力轴承，外花键螺母，微啄滚子圈，内花键滑环和起伏面螺母B5构成；复位机构由弹簧底座螺母和弹簧组成。采用模块化设计，设置了三系列九类微啄装置，满足了不同加工要求下的啄钻动作。微啄装置提高了自动进给钻的整体加工性能，增强钻削叠层的断屑能力，减少切削热的累积，降低切削区域的温度，有效的降低刀具磨损，提高叠层孔壁质量和刀具寿命，具有实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于自动进给钻的模块化微啄装置
本专利技术属于切削加工领域，涉及一种用于钻削加工的自动进给钻的模块化微啄装置
技术介绍
复合材料具有很多优良的特性，已广泛应用于航空航天、国防军工等高端装备制造领域。复合材料结构件装配时通常需要与作为承载支撑件(骨架或支架)的钛合金和铝合金等金属零件局部连接，形成叠层构件，在减轻质量的同时利用材料的不同特点来获得更优良的综合性能。在实际生产中，复合材料/金属叠层广泛采用螺栓或铆钉连接方式，连接孔的质量极大地影响装配质量，并且，制孔往往是装配前的最后一个环节，若该过程中发生零件缺陷将可能产生不可挽回的巨大损失。统计数据表明，装配过程中超过60％的报废零件都是因为制孔质量不合格导致的。此外，由于复合材料和金属具有不同的机械和热学特性，使得加工复合材料/金属叠层板时刀具磨损、破损非常快速，从而影响孔加工质量。Kyung—HeePark发现，钻削复材/金属叠层板材料时刀具磨损的主要原因是金属中硬质物和硬质纤维的刮擦以及切屑的粘结。而且金属钻孔过程切屑连续，不易折断，容易缠刀对孔壁造成刮擦，降低孔壁质量。目前，常通过在钻削时添加主轴的微啄辅助运动来解决金属钻削的断屑问题，减少切屑的缠刀和粘结现象，同时可以在一定程度上增加散热，降低温度，有利于提高了刀具寿命和孔壁质量。然而由于飞机零部件结构复杂，装配过程中许多连接孔需要在复杂、狭小空间内完成，如中央翼盒对接孔、平尾外伸段对接孔等，数字化机床主轴干涉无法下探，不能满足加工可达性要求。必须采用手工设备，如自动进给钻等，对该部位进行手工加工。上海飞机制造有限公司和北京航空航天大学研发的一种可换装的精益自动进给钻，专利号CN201210199677，该设备可以实现自动进给钻孔功能。但该设备缺乏微啄机构，对于复合材料/金属叠层制孔并不适用。JeremyDeanWatford等人专利技术了一种摆动推力轴承，专利号US20170136591A1，该推力轴承上下轴承圈之间形成了一个沿着轴线方向摆动的轨道，球形滚珠放置在轨道内，沿着轨道的方向转动，随着起伏面的转动实现主轴震动，可以实现微啄效果，但是此推力轴承任意时间上下轴承圈和球滚子都是点接触，轴向力大时点接触压力巨大，磨损严重，寿命低。目前，国内市场上使用的自动进给钻，缺少能够在保证使用寿命的前提下，实现微啄加工要求的可靠机构，无法完成断屑功能，切屑对孔壁的刮擦仍较为严重，加工质量不高。
技术实现思路
本专利技术针对复合材料/金属叠层钻削加工的过程中，切削热累积和金属切屑缠刀划伤孔壁，影响孔壁质量的问题，专利技术了一种用于复合材料/金属叠层自动进给钻的模块化微啄装置。通过微啄滚子圈和起伏面螺母配合使用，将转动的动力分出一部分用于轴向小幅度周期性运动。微啄滚子圈中含有滚子支撑架，支撑架保证滚子的相对位置保持不变，滚子和起伏面任意时刻线接触，保证了轴向跳动的任意时刻都是线接触，比点接触更加稳定、可靠、寿命长，主轴带动滚子在起伏面上转动，随着径向位置的改变，轴向起伏高度周期性变化，滚子带动微啄滚子圈轴向周期性运动，进而带动主轴微啄。通过更换不同数量和大小的滚子，同时使用相应的起伏面螺母，可以实现不同的微啄振幅和频率，以满足不同材料及工况时对微啄参数的使用需求。本专利技术采用的技术方案是一种用于自动进给钻的模块化微啄装置，其特征是：该装置由主轴旋转滑动机构，微啄核心机构，复位机构三部分组成；所述主轴旋转滑动机构由主轴A1,角接触球轴承A2，外花键套A3，内花键筒A4，孔挡圈A5，轴挡圈A6构成；主轴A1的左面安装在装有弹簧C2的弹簧底座螺母C1的内孔中，主轴A1的右端和外花键套A3之间通过角接触球轴承A2装配，主轴A1与角接触球轴承A2采用过渡配合，外花键套A3和角接触球轴承采用基轴制小过盈配合，孔挡圈A5和轴挡圈A6限制主轴A1和外花键套A3之间的轴向移动，外花键套A3和内花键筒A4通过花键配合，内花键筒比外花键套两侧各长1mm～3mm，实现主轴A1在外花键套A3的内孔中旋转的同时整体同步在内花键筒A4中轴向自由运动；所述微啄核心机构由推力轴承B1，轴端螺母B2，微啄滚子圈B3，滑环B4，起伏面螺母B5构成；轴端螺母B2为阶梯状，左端加工有螺纹与主轴A1右端螺纹连接，推力轴承B1安装在阶梯外圆上，滑环B4安装在推力轴承B1的右面，滑环B4与轴端螺母B2花键配合，滑环B4比轴端螺母B2两端各长1mm～1.5mm；微啄滚子圈B3安装在推力轴承B1与起伏面螺母B5之间，推力轴承B1和微啄滚子圈B3靠摩擦力与滑环B4同步，在起伏面螺母B5的起伏面上旋转；在微啄滚子圈B3中，若干个圆柱滚子B3b均匀安装在滚子支架B3a中；圆柱滚子个数和起伏面螺母B5起伏面的波峰/波谷数相同，数目选取范围3～5个，起伏波振幅0.1mm～0.5mm；起伏面螺母B5还有阶梯外圆柱面和外螺纹，起伏面螺母B5通过外螺纹与内花键筒A4右端螺纹连接；起伏面螺母B5上的起伏面的设计：起伏面中半径R所对应的起伏线展开方程为:其中，y-起伏高度，x-圆周路程；波峰波谷之间高度为a时，定义波谷高度为0，波峰1为起点；所述复位机构由弹簧底座螺母C1和弹簧C2组成；弹簧C2安装在弹簧螺母C1上，弹簧螺母C1通过螺纹连接在内花键筒A4上；弹簧C2由弹簧螺母C1定位并支撑，安装后有预压缩，弹簧伸缩范围为6mm～10mm，给转动滑动块施加轴向力，起复位作用。一种用于自动进给钻的模块化微啄装置，其特征是，该模块化微啄装置包括可替换的不同规格微啄滚子圈和起伏面螺母3系列9组，每一系列的滚子和波峰/波谷数相同，分别为3个、4个和5个，起伏面螺母总高度保持不变，起伏峰值分别取0.1mm、0.2mm和0.3mm；每次使用只需更换微啄滚子圈，并使用配套的起伏面螺母构成了九种微啄频率和幅值的组合，用以满足不同材料及工况需求，实现了微啄机构的模块化和快速适配要求。本专利技术的有益效果是通过将本机构安装在自动进给钻主轴上，克服了传统钻孔金属切屑连续的问题，在主轴自动进给钻孔的同时实现了高速微啄，有利于金属断屑，减少长切屑产生，避免了切屑缠刀，减少了对孔壁的刮擦，显著提升了加工质量。同时微啄动作还能够在一定程度上减少切削热的累积，降低切削区域温度，较好地抑制了刀具的磨损。采用模块化思想，设置了三系列九类微啄装置，满足了不同加工要求下的啄钻动作。有效的降低刀具磨损，提高叠层孔壁质量和刀具寿命，具有实用性。附图说明图1为自动进给钻整体结构示意图，其中，1-钻头，2-主轴转动动力输入机构，3-主轴进给机构，4-微啄装置；图2为本专利技术微啄装置的剖视图，图3为微啄核心机构轴测图，图4为起伏面螺母轴测图。其中，A1-主轴,A2-角接触球轴承,A3外花键套,A4-内花键筒,A5-孔挡圈,A6-轴挡圈；B1-推力轴承,B2-轴端螺母,B3-微啄滚子圈,B3a-滚子支架,B3b-圆柱滚子,B4-滑环,B5-起伏面螺母；C1-弹簧底座螺母,C2-弹簧。图5a)为起伏面设计平面图，其中，1、3、5、7-波峰，2、4、6、8-波谷，R-起伏面中半径，R30-起伏面外圆半径，R16-起伏面内圆半径。图5b)为运动正弦曲线图。其中，Y-起伏高度(mm)，X-圆周路程(mm)，1、3、5、7-波峰线，2、4、6、8-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自动进给钻的模块化微啄装置，其特征是：该装置由主轴旋转滑动机构，微啄核心机构，复位机构三部分组成；所述主轴旋转滑动机构由主轴(A1),角接触球轴承(A2)，外花键套(A3)，内花键筒(A4)，孔挡圈(A5)，轴挡圈(A6)构成；主轴(A1)的左面安装在装有弹簧(C2)的弹簧底座螺母(C1)的内孔中，主轴(A1)的右端和外花键套(A3)之间通过角接触球轴承(A2)装配，主轴(A1)与角接触球轴承(A2)采用过渡配合，外花键套(A3)和角接触球轴承采用基轴制小过盈配合，孔挡圈(A5)和轴挡圈(A6)限制主轴(A1)和外花键套(A3)之间的轴向移动，外花键套(A3)和内花键筒(A4)通过花键配合，内花键筒比外花键套两侧各长1mm～3mm，实现主轴(A1)在外花键套(A3)的内孔中旋转的同时整体同步在内花键筒(A4)中轴向自由运动；所述微啄核心机构由推力轴承(B1)，轴端螺母(B2)，微啄滚子圈(B3)，滑环(B4)，起伏面螺母(B5)构成；轴端螺母(B2)为阶梯状，左端加工有螺纹与主轴(A1)右端螺纹连接，推力轴承(B1)安装在阶梯外圆上，滑环(B4)安装在推力轴承(B1)的右面，滑环(B4)与轴端螺母(B2)花键配合，滑环(B4)比轴端螺母(B2)两端各长1mm～1.5mm；微啄滚子圈(B3)安装在推力轴承(B1)与起伏面螺母(B5)之间，推力轴承(B1)和微啄滚子圈(B3)靠摩擦力与滑环(B4)同步，在起伏面螺母(B5)的起伏面上旋转；在微啄滚子圈(B3)中，若干个圆柱滚子(B3b)均匀安装在滚子支架(B3a)中；圆柱滚子个数和起伏面螺母(B5)起伏面的波峰/波谷数相同，数目选取范围3～5个，起伏波振幅0.1mm～0.5mm；起伏面螺母(B5)还有阶梯外圆柱面和外螺纹，起伏面螺母(B5)通过外螺纹与内花键筒(A4)右端螺纹连接；起伏面螺母(B5)上起伏面的设计：起伏面中半径R所对应的起伏线展开方程为:...

【技术特征摘要】
1.一种用于自动进给钻的模块化微啄装置，其特征是：该装置由主轴旋转滑动机构，微啄核心机构，复位机构三部分组成；所述主轴旋转滑动机构由主轴(A1),角接触球轴承(A2)，外花键套(A3)，内花键筒(A4)，孔挡圈(A5)，轴挡圈(A6)构成；主轴(A1)的左面安装在装有弹簧(C2)的弹簧底座螺母(C1)的内孔中，主轴(A1)的右端和外花键套(A3)之间通过角接触球轴承(A2)装配，主轴(A1)与角接触球轴承(A2)采用过渡配合，外花键套(A3)和角接触球轴承采用基轴制小过盈配合，孔挡圈(A5)和轴挡圈(A6)限制主轴(A1)和外花键套(A3)之间的轴向移动，外花键套(A3)和内花键筒(A4)通过花键配合，内花键筒比外花键套两侧各长1mm～3mm，实现主轴(A1)在外花键套(A3)的内孔中旋转的同时整体同步在内花键筒(A4)中轴向自由运动；所述微啄核心机构由推力轴承(B1)，轴端螺母(B2)，微啄滚子圈(B3)，滑环(B4)，起伏面螺母(B5)构成；轴端螺母(B2)为阶梯状，左端加工有螺纹与主轴(A1)右端螺纹连接，推力轴承(B1)安装在阶梯外圆上，滑环(B4)安装在推力轴承(B1)的右面，滑环(B4)与轴端螺母(B2)花键配合，滑环(B4)比轴端螺母(B2)两端各长1mm～1.5mm；微啄滚子圈(B3)安装在推力轴承(B1)与起伏面螺母(B5)之间，推力轴承(B1)和微啄滚子圈(B3)靠摩擦...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福吉，王帅飞，王小鞑，成德，赵猛，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21