專利名稱：一種用于鉆孔的振動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種連接在鉆床輸出端上的振動裝置，特別是指一種用于鉆孔的振動裝置。
背景技術：
現有鉆孔技術中，在難加工材料(如GH4169、高溫合金、硬質合金、不銹鋼等)上鉆孔加工尚未得到有效的解決途徑。采用普通鉆削加工方法加工難加工材料時鉆頭磨損很快，并且頻繁地重磨鉆頭和更換鉆頭，嚴重影響了待加工產品的質量、降低了加工效率和提高了加工成本。
振動鉆孔技術是一種通過在鉆孔過程中附加一種振動運動而改善鉆削過程的加工技術。
已有的振動鉆孔機構中，所產生的振動力需要通過杠桿機構傳遞給主軸，而且當需要頻/轉比大于1時需要增加齒輪變速裝置，這些都將增加成本、噪音和結構尺寸。有些機構中主軸的受力點偏離軸線，這會增加軸承的負荷，縮短軸承的壽命。
本發(fā)明提出一種在鉆孔加工過程中，鉆孔主軸在作回轉運動時也同時作沿其軸線方向的振動運動，形成由回轉運動和軸向振動運動復合而成的振動鉆削運動。
本發(fā)明提出一種新型的振動鉆孔裝置，該裝置通過均布在主軸周圍的三個或者三個以上的滾針軸承同時驅動主軸作必要的軸向振動運動，其合力作用點通過主軸軸線，因此該裝置結構緊湊，軸承受力狀況良好，使用壽命長。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一種用于鉆孔的振動裝置，包括鉆床，其振動裝置通過上殼體安裝在鉆床輸出端上，該振動裝置可作為鉆床附件使用。所述的振動裝置由上殼體、中殼體、下殼體組成，上、中、下殼體采用活動連接。所述的上殼體內設有并緊螺桿，并緊螺桿與滑動套下端面并緊，用于傳遞軸向力；所述的中殼體內設有插入鉆床主軸中的輸入軸、支承輸入軸的滾動軸承、隨輸入軸旋轉的主軸、支承主軸上端的直線軸承和滾動軸承、滾輪組件、雙面圓柱凸輪、錐銷、鍵，所述的雙面圓柱凸輪通過錐銷與主軸連接，雙面圓柱凸輪上下各安裝有一組滾輪組件，滾輪支架通過鍵與中殼體連接，主軸下端端部設有彈簧卡頭和螺帽；所述的下殼體內設有支承主軸下端的滾動軸承和直線軸承；所述的滾輪組件由上、下滾輪組件組成，上滾輪組件由滾輪支架、心軸和滾針軸承組成，下滾輪組件由滾輪支架、心軸和滾針軸承組成，心軸安裝在滾輪支架的孔內，滾針軸承安裝在心軸上，滾輪支架上的孔沿圓周方向360°均勻分布，數目為3個以上的奇數個，上、下滾輪組件結構尺寸相同。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其將回轉運動轉換成為回轉運動和軸向振動運動的復合運動。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其雙面圓柱凸輪可以更換以符合不同加工要求的需要。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其雙面圓柱凸輪與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線可以為奇數個周期的正弦曲線，相應滾針軸承的數目與所述的正弦曲線周期個數相同。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其雙面圓柱凸輪與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線可以為等加速曲線。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其雙面圓柱凸輪與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線可以為高次多項式凸輪曲線。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其雙面圓柱凸輪與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線的周期數目為三、五、七、九，相應的滾輪組件上的滾針軸承個數為三、五、七、九，分別實現頻/轉比為三、五、七、九的振動鉆孔方式。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其輸入軸和主軸通過端面鍵連接，實現二者之間在具有相同轉動運動的情況下能作小范圍的軸向相對運動；輸入軸和主軸端面鍵可以是滑動平鍵、普通花鍵、滾動花鍵、彈性聯軸器。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其直線軸承和滾動軸承結合方式消除主軸(18)作軸向振動和回轉運動時的間隙；主軸上兩個所述的支承組件還可以采用液體動壓軸承、液體靜壓軸承或氣浮軸承方式之一。
所述的用于鉆孔的振動裝置，其上殼體與中殼體橫截面的相對位置可以微調，以消除與其相連接的鉆床主軸軸線和滑動套軸線不重合所引起的問題。
本發(fā)明的振動鉆孔裝置具有以下特點
(1)通過均布在主軸周圍的三個或者三個以上奇數個的滾輪組件中的滾針軸承同時驅動主軸作軸向振動運動，其合力作用點通過主軸軸線，降低了各軸承之間產生的負荷，提高了鉆床鉆頭的使用壽命同時也降低了噪音干擾；(2)通過均布在主軸周圍的三個滾輪組件中的滾針軸承與主軸上的具有三個周期的雙面圓柱凸輪相互作用使主軸在回轉一周過程中自然地實現三個周期的振動運動，即實現頻/轉比為3的振動鉆孔運動方式；該方式也可以通過采用具有5、7、9個曲線周期的雙面圓柱凸輪和具有5、7、9個滾針軸承的滾輪組件實現頻/轉比分別為5、7、9的軸向振動方式。
(3)該振動裝置結構簡單，易拆裝，可作為鉆床附件獨立使用。


圖1為本發(fā)明的振動鉆孔裝置剖視圖。
圖2為本發(fā)明的上滾輪組件剖視圖。
圖3為本發(fā)明的下滾輪組件剖視圖。
圖4為本發(fā)明的雙面圓柱凸輪外圓柱面上的上下兩條理論廓線和實際廓線的關系圖。
圖中1.鉆床主軸 2.滑動套 3.上殼體 4.輸入軸 5.并緊螺桿 6.螺釘7.滾動軸承 8.滾動軸承 9.直線軸承 10.滾動軸承 11.滾動軸承 12.滾輪支架13.滾針軸承 14.心軸 15.雙面圓柱凸輪 16.中殼體 17.滾輪支架 18.主軸19.滾動軸承 20.滾動軸承 21.直線軸承 22.下殼體 23.彈簧卡頭 24.螺帽25.螺釘 26.錐銷 27.鍵 28.心軸 29.滾針軸承 30.滾針軸承 31.心軸32.滾針軸承 33.心軸滾針軸承 34.心軸 35.滾針軸承 36.滾針軸承 37.心軸具體實施方式
下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請參見圖1所示，本發(fā)明為一種用于鉆孔的振動裝置，振動裝置通過上殼體3安裝在鉆床輸出端上，該振動裝置可作為鉆床附件使用，所述的振動裝置分為上殼體3、中殼體18、下殼體23，上、中、下殼體分別采用六個螺栓6固定連接。所述的上殼體3內設有并緊螺桿5，并緊螺桿5與滑動套2下端面并緊，用于傳遞軸向力。所述的中殼體16內設有插入鉆床主軸2中的輸入軸4、支承輸入軸4的滾動軸承7、8、隨輸入軸4旋轉的主軸18、支承主軸18上端的直線軸承9和滾動軸承10、11、滾輪組件、雙面圓柱凸輪15、錐銷26、鍵27，所述的雙面圓柱凸輪15通過錐銷26與主軸18連接，雙面圓柱凸輪15上下各安裝有一組滾輪組件，滾輪支架12、17通過鍵27與中殼體16連接，主軸18下端端部設有彈簧卡頭23和螺帽24用于卡緊鉆頭；所述的下殼體內設有支承主軸18下端的滾動軸承19、20和直線軸承21。
由圖1看出，輸入軸4插入鉆床主軸1中并鎖緊，上殼體3與鉆床滑動套2相聯，并緊螺桿5安裝后與滑動套2下端面并緊，起到傳遞軸向力的作用。上殼體3通過六個螺栓6與中殼體16連接，其橫截面的相對位置可以微調，以消除與其相連接的鉆床主軸軸線和滑動套軸線不重合所引起的問題。
鉆床主軸1旋轉時帶動輸入軸4旋轉，輸入軸4下部由兩個滾動軸承7、8支承，輸入軸4下端的矩形槽與主軸18上端的端面鍵27配合，帶動主軸18旋轉，其中的端面鍵結構容許二者在軸向產生兩倍軸向振幅大小的軸向運動。主軸18旋轉時通過錐銷26帶動雙面圓柱凸輪15轉動，雙面圓柱凸輪15上下各安裝有一套滾輪組件，如圖2所示，上滾輪組件包括一個滾輪支架12，三個心軸14、28、31和三個滾針軸承13、29、30。如圖3所示，下滾輪組件包括一個滾輪支架17，三個心軸33、34、37和三個滾針軸承32、35、36，上、下滾輪組件的結構尺寸相同。滾輪支架12、17通過鍵27與中殼體16聯接，因此，主軸18帶動雙面圓柱凸輪15旋轉時，滾輪支架12、17不動，雙面圓柱凸輪15在滾輪組件中的滾針軸承作用下產生軸向的上下振動，并通過錐銷26將上下振動傳遞給主軸18，從而主軸18形成了邊旋轉邊軸向振動的復合運動。將鉆頭通過彈簧卡頭23和螺帽24安裝到主軸18上，就可以實現振動鉆削。
在本發(fā)明中，主軸18由上下兩個支承組件支承。直線軸承9和兩個滾動軸承10、11組成主軸上部支承組件，直線軸承21和兩個滾動軸承19、20組成主軸下部支承組件，由于兩個支承組件全部采用了滾動軸承結構，可以完全消除主軸18支撐的間隙，從而提高主軸18的運動精度。
圖4所示為外圓柱面上的上下兩條理論廓線和實際廓線的關系圖。其中凸輪理論廓線可以是正弦曲線、或等加速曲線、或其它高次凸輪曲線。該圓柱凸輪的特點是上下兩條理論廓線相互平行。設滾針軸承半徑為R、凸輪上實際廓線的最低點與下實際廓線最低點之間的距離(凸輪的基本厚度)為H、使主軸產生軸向振動的振幅為A、凸輪的轉角為α、圓柱凸輪的半徑為Rp，設坐標系如圖4所示，則當采用正弦凸輪曲線時，可以得到上理論廓線的方程為 同理，下理論廓線的方程為 由圖4可見，雙面圓柱凸輪15旋轉一周，其上下兩條理論廓線和實際廓線上任意一點C有C-E，E-G，G-C三個周期，上下兩個圓代表滾針軸承，雙面圓柱凸輪旋轉過程中上下滾針軸承沿雙面圓柱凸輪表面滾動，迫使雙面圓柱凸輪沿軸線上下振動，因此雙面圓柱凸輪旋轉一周，沿軸線振動三次，即實現頻轉/比為3的運動。
本發(fā)明的裝置在使用時，首先松開上殼體3與中殼體16之間的聯結螺釘，但保持二者之間無間隙，然后將并緊螺桿5向下擰至適當位置。此后，將所述的振動裝置的輸入軸4插入鉆床主軸1的錐孔中，并使其聯結牢固。擰緊上殼體3上的螺桿使上殼體3與鉆床主軸1的滑動套2緊密地聯結在一起，然后擰緊并緊螺桿5，使其上端面與滑動套2下端面并緊，最后擰緊6個螺釘6將上殼體3與中殼體16固定。鉆床主軸1的運動通過輸入軸4傳遞到所述的振動鉆孔裝置中，輸入軸4通過端面鍵結構或其它類型的滑動運動副將回轉運動傳遞給主軸18。主軸18的軸向位置由雙面圓柱凸輪15決定。由于滾輪組件固定于中殼體16上，因此雙面圓柱凸輪15的軸向位置由滾輪組件的角向安裝位置以及主軸18的角向運動位置決定。結果當主軸18勻速回轉一周時，如果雙面圓柱凸輪15的葉數(理論廓線和實際廓線的周期數)為3，則主軸18將其沿軸向作三個周期的振動運動，同時作一周勻速回轉運動。該運動可以通過主軸18下端的彈性夾頭23將運動傳遞給鉆頭。進給運動通過臺式鉆床的手柄轉動實現，也可以通過其它自動進給系統(tǒng)實現自動進給運動。這樣，當從外部輸入一個主運動和一個進給運動時，通過所述的振動鉆孔裝置，在鉆頭上可以得到一個回轉主運動、一個軸向振動和進給運動，從而實現振動鉆削加工。
在本發(fā)明中的滾輪組件上的滾針軸承個數可以設置為三、五、七、九，分別實現頻/轉比為三、五、七、九的振動鉆孔方式。
本發(fā)明的振動裝置可以將鉆床主軸輸入的回轉運動轉換成振動主軸的回轉運動和軸向振動的復合運動。本發(fā)明適合于作為鉆床的附件，也可以連接于其它類型的機床上實現振動鉆孔加工。
權利要求
1.一種用于鉆孔的振動裝置，包括鉆床，其特征在于振動裝置通過上殼體(3)安裝在鉆床輸出端上，該振動裝置可作為鉆床附件使用，所述的振動裝置由上殼體(3)、中殼體(18)、下殼體(23)組成，上、中、下殼體采用活動連接；所述的上殼體(3)內設有并緊螺桿(5)，并緊螺桿(5)與滑動套(2)下端面并緊，用于傳遞軸向力；所述的中殼體(16)內設有插入鉆床主軸(1)中的輸入軸(4)、支承輸入軸4的滾動軸承(7、8)、隨輸入軸(4)旋轉的主軸(18)、支承主軸(18)上端的直線軸承(9)和滾動軸承(10、11)、滾輪組件、雙面圓柱凸輪(15)、錐銷(26)、鍵(27)，所述的雙面圓柱凸輪(15)通過錐銷(26)與主軸(18)連接，雙面圓柱凸輪(15)上下各安裝有一組滾輪組件，滾輪支架(12、17)通過鍵(27)與中殼體(16)連接，主軸(18)下端端部設有彈簧卡頭(23)和螺帽(24)；所述的下殼體內設有支承主軸(18)下端的滾動軸承(19、20)和直線軸承(21)；所述的滾輪組件由上、下滾輪組件組成，上滾輪組件由滾輪支架(12)、心軸和滾針軸承組成，下滾輪組件由滾輪支架(17)、心軸和滾針軸承組成，心軸安裝在滾輪支架的孔內，滾針軸承安裝在心軸上，滾輪支架上的孔沿圓周方向360°均勻分布，數目為3個以上的奇數個，上、下滾輪組件結構尺寸相同。
2.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于振動裝置將回轉運動轉換成為回轉運動和軸向振動運動的復合運動。
3.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于雙面圓柱凸輪(15)可以更換以符合不同加工要求的需要。
4.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于雙面圓柱凸輪(15)與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線可以為奇數個周期的正弦曲線，相應滾針軸承的數目與所述的正弦曲線周期個數相同。
5.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于雙面圓柱凸輪(15)與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線可以為等加速曲線。
6.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于雙面圓柱凸輪(15)與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線可以為高次多項式凸輪曲線。
7.根據權利要求1、4、5、6所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于雙面圓柱凸輪(15)與滾輪組件中的滾針軸承相接觸區(qū)域的任意柱面上的理論廓線的展開線的周期數目為三、五、七、九，相應的滾輪組件上的滾針軸承個數為三、五、七、九，分別實現頻/轉比為三、五、七、九的振動鉆孔方式。
8.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于輸入軸(4)和主軸(18)通過端面鍵連接，實現二者之間在具有相同轉動運動的情況下能作小范圍的軸向相對運動；輸入軸(4)和主軸(18)端面鍵可以是滑動平鍵、普通花鍵、滾動花鍵、彈性聯軸器。
9.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于直線軸承(9、21)和滾動軸承(10、11、19、20)結合方式消除主軸(18)作軸向振動和回轉運動時的間隙；主軸(18)上兩個所述的支承組件還可以采用液體動壓軸承、液體靜壓軸承或氣浮軸承方式之一。
10.根據權利要求1所述的用于鉆孔的振動裝置，其特征在于上殼體(3)與中殼體(16)橫截面的相對位置可以微調，以消除與其相連接的鉆床主軸(1)軸線和滑動套(2)軸線不重合所引起的問題。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鉆孔的振動裝置，通過上殼體安裝在鉆床輸出端上，振動裝置由上殼體、中殼體、下殼體組成，上殼體內設有并緊螺桿，并緊螺桿與滑動套下端面并緊，用于傳遞軸向力；中殼體內設有插入鉆床主軸中的輸入軸、支承輸入軸的滾動軸承、隨輸入軸旋轉的主軸、支承主軸上端的直線軸承和滾動軸承、滾輪組件、雙面圓柱凸輪、錐銷，雙面圓柱凸輪通過錐銷與主軸連接，雙面圓柱凸輪上下各安裝有一組滾輪組件，滾輪支架通過鍵與中殼體連接，主軸下端端部設有彈簧卡頭和螺帽；下殼體內設有支承主軸下端的滾動軸承和直線軸承。本發(fā)明的振動裝置可以將鉆床主軸輸入的回轉運動轉換成振動主軸的回轉運動和軸向振動的復合運動。本發(fā)明適合于作為鉆床的附件，也可以連接于其它類型的機床上實現振動鉆孔加工。
文檔編號B23B47/00GK1476949SQ0313758
公開日2004年2月25日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權日2003年6月18日
發(fā)明者陳志同, 鄭新芬, 張德遠 申請人:北京航空航天大學