一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明專利涉及超聲振動鉆削設備領域，能夠快速高質量的對硬脆材料進行大直徑孔套料加工。解決其技術問題所采用的技術方案是：裝置由鉆床平臺、超聲振動鉆削部分和導向支撐組成。鉆床平臺以工業(yè)臺鉆為基礎，主要提供鉆削動力及對工件的夾持。超聲振動鉆削部分連接于鉆床平臺主軸上，通過套筒再連接主要由換能器、變幅桿和空心鉆頭組成的振動子，振動子在鉆削的同時產生縱-彎-縱復合振型的振動，實現對大直徑孔的套料加工，空心鉆頭采用多級伸縮定位指針。導向支撐通過對超聲振動鉆削部分的夾持固定，即保證其旋轉與上下移動，又減小其加工過程中的撓度和擺動。
【專利說明】一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利涉及超聲振動鉆削設備領域，能夠快速高質量地完成對硬脆材料的大直徑孔套料加工。
【背景技術】
[0002]目前，隨著工程陶瓷等硬脆材料在航天航空領域的廣泛應用，對其進行大直徑孔鉆削加工已成為一個重要的技術研究方向。傳統(tǒng)的鉆削方法在硬脆材料上加工大直徑孔時，常會出現入口崩邊、中層脫渣等質量問題，而且加工效率低，設備能耗大，難以滿足市場要求。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足提供一種用于大直徑孔的套料加工超聲振動鉆削裝置，其特點是在傳統(tǒng)的套料鉆孔過程中上疊加超聲振動，使由換能器、變幅桿和空心鉆頭組成的振動子做縱-彎-縱復合振動，從而改善鉆削面的摩擦和斷屑性能，提高大直徑孔的加工精度與效率。
[0004]本發(fā)明的目的由以下技術措施實現。
[0005]一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置，其特征在于:裝置由鉆床平臺、超聲振動鉆削部分和導向支撐組成。
[0006]鉆床平臺由工業(yè)臺鉆、導電滑環(huán)固定支架、板型夾具、XY移動工作臺組成。其中，XY移動工作臺固定于工業(yè)臺鉆底部臺面上，板型夾具固定于XY移動工作臺上，導電滑環(huán)固定支架固定于工業(yè)臺鉆的搖臂部分。
[0007]超聲振動鉆削部分由空心鉆頭、多級伸縮式定位指針、空心鉆頭安裝套、方形連接套、開口平法蘭、轉矩傳動片、固定片、套筒、變幅桿、換能器、法蘭連接軸、主軸連接支架、主軸夾持板、螺紋傳動軸、導電滑環(huán)、導電滑環(huán)移動支架組成。主軸夾持板分為上下兩組，通過主軸連接支架,上部的主軸夾持板固定于工業(yè)臺鉆的主軸端部,下部的主軸夾持板夾持于法蘭連接軸上。法蘭連接軸的軸端部內插螺紋傳動軸，螺紋傳動軸的錐桿段則插入固定于工業(yè)臺鉆的鉆頭夾具孔內。法蘭連接軸軸部套有導電滑環(huán)，其固定孔與導電滑環(huán)移動支架連接，導電滑環(huán)移動支架連接的長凹槽與導電滑環(huán)固定支架的凸臺形成插入式的間隙配合。套筒上端面與法蘭連接軸的法蘭盤部分連接，下端面與開口平法蘭相連。變幅桿的法蘭盤與轉矩傳動片嵌入式連接，再通過固定片將它們與開口平法蘭相固定。變幅桿與空心鉆頭安裝套通過螺栓連接，再利用方形連接套相互配合?？招你@頭的定位指針采用多級伸縮式的定位指針，與空心鉆頭安裝套相連接。
[0008]基于主要由換能器、變幅桿、空心鉆頭組成的振動子，其振型分布為縱-彎-縱復合振型，即由換能器產生縱向振動，通過變幅桿將振幅傳遞放大，再激勵空心鉆頭圓盤產生彎曲振動，最后帶動薄壁圓筒刀具產生縱向振動。
[0009]導向支撐由筒形支座、支撐臺、盤型導軌槽、旋轉輪組組成。筒形支座與支撐臺的支腳呈內外套筒的間隙配合連接。盤型導軌槽安裝于支撐臺的中部圓槽內，其內部放置旋轉輪組。旋轉輪組夾持于振動鉆削部分的套筒的外部凹槽處。
[0010]本發(fā)明與現在技術相比，具有如下優(yōu)點。
[0011]1、本發(fā)明采用縱-彎-縱復合振型來實現對大直徑孔的套料振動鉆削加工，即由換能器產生縱向振動，通過變幅桿傳遞放大，激勵空心鉆頭圓盤產生彎曲振動，最后激勵薄壁圓筒刀具產生縱向振動。在硬脆材料的大直徑孔加工中，該種振型分布的振動鉆削可以有效減小鉆削壓力，減少材料去除量，提高加工速度和質量。
[0012]2、本發(fā)明的空心鉆頭定位指針采用多級伸縮式定位指針，因傳統(tǒng)空心鉆頭采用的彈簧式定位指針針體軸向長度較大，致使相應的回收指針的空筒的軸向長度也較大，所以普遍存在振動桿體徑向擺動劇烈、振型傳遞分布不規(guī)則、振動能量損失較大等問題。而本次采用多級伸縮式定位指針，可最大限度減小回收指針的空筒的軸向長度，在保證的定位精度的同時，有效避免了上述問題。
[0013]3、本發(fā)明設計了導向支撐裝置，可在不影響振動鉆削部分的旋轉與上下移動的前提下，最大限度的減小振動鉆削部分的撓度和擺動，提高整個裝置的剛度，保證鉆削孔的加
工質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置結構示意圖。
[0015]圖2為鉆床平臺結構示意圖。
[0016]圖3為超聲振動鉆削部分結構及其剖面示意圖。
[0017]圖4為振動子結構及其振型示意圖。
[0018]圖5為導向支撐結構示意圖。
[0019]【具體實施方式】
下面通過實施實例對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施實例只能用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術嫻熟人員可以根據上述本發(fā)明的內容作出一些非本質的改進和調整。
[0020]如圖1所示，一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置由鉆床平臺1、超聲振動鉆削部分2和導向支撐3組成。
[0021]如圖2所示，鉆床平臺I主要由工業(yè)臺鉆1-1、導電滑環(huán)固定支架1-2、板型夾具1-3、XY移動工作臺1-4組成。其中，XY移動工作臺1-4通過其安裝槽用螺栓連接固定于工業(yè)臺鉆1-1底部臺面上，板型夾具1-3通過其安裝槽用螺栓連接固定于XY移動工作臺1-4上，二者組成振動鉆削的工作臺面。導電滑環(huán)固定支架1-2通過螺栓連接固定于工業(yè)臺鉆1-1的搖臂部分，用于與其后的支架組成活性連接，保證導電滑環(huán)的上下移動。
[0022]如圖3所示，在超聲振動鉆削部分2中，主軸夾持板2-13分為上下兩組，其通過主軸連接支架2-12相連接，上部的主軸夾持板2-13固定于工業(yè)臺鉆1-1的主軸端部,下部的主軸夾持板2-13夾持于法蘭連接軸2-11的軸部凹槽內，保證整個振動鉆削部分2固定于工業(yè)臺鉆1-1的主軸上。法蘭連接軸2-11的軸端部開有螺紋孔，內插螺紋傳動軸2-14，螺紋傳動軸2-14分為兩段，下部為螺桿段、上部為錐桿段，錐桿段插入固定于工業(yè)臺鉆1-1的鉆頭夾具孔內，保證了鉆削扭矩的傳遞。[0023]如圖3所示，在法蘭連接軸2-11的軸體部分套有導電滑環(huán)2-15，保證振動鉆削過程中的振動子的旋轉供電。同時導電滑環(huán)2-15需隨振動鉆削部分上下移動，故其安裝孔與導電滑環(huán)移動支架2-16通過螺栓相連接，導電滑環(huán)移動支架2-16為L型薄板支架，中部開有長凹槽，與導電滑環(huán)固定支架1-2的凸臺形成插入式的間隙配合，保證了其在上下移動過程中定子的固定。
[0024]如圖3所示，套筒2-8的兩端面筒壁上均開有螺紋孔，其上端面通過螺栓與法蘭連接軸2-11的法蘭盤部分連接，其下端面通過螺栓連接與開口平法蘭2-5相連。套筒2-8的外壁中部開有環(huán)形凹槽，便于與后續(xù)的導向支撐3相固定。套筒2-8內部安裝主要由換能器2-10、變幅桿2-9、空心鉆頭2-1組成的振動子，除變幅桿2-9的法蘭盤，振動子其余部分均不予套筒2-8相接觸，以必能振動能量損失。變幅桿2-9的法蘭盤與轉矩傳動片2-6嵌入式相連接，再通過兩個的半月型的固定片2-7通過螺栓連接將它們與開口平法蘭2-5相固定，變幅桿2-9小端部分從開口平法蘭2-5的開口處伸出。
[0025]如圖3所示，振動子的換能器2-10與變幅桿2-9通過螺栓相連接，變幅桿2_9與空心鉆頭安裝套2-3通過螺栓相連接，同時在變幅桿2-9的小端面銑有4個平面，空心鉆頭安裝套2-3的軸部也銑有相同尺寸的4個平面，二者通過方形連接套2-4相互配合，以保證轉矩的傳遞。在方形連接套2-4的4個面上均開有上、下2個螺紋孔，內插螺釘，主要用于在水平面上微調空心鉆頭的位置，以保證振動子的整體同軸度。
[0026]如圖3所示，空心鉆頭2-1的定位指針采用多級伸縮式定位指針2-2，其通過最后一級針筒外表面的螺紋與空心鉆頭安裝套2-3的內表面螺紋相連接。因傳統(tǒng)空心鉆頭采用的彈簧式定位指針針體軸向長度較大，致使相應的空心鉆頭安裝套2-3的軸向長度也需較大，導致振動子桿體徑向擺動劇烈、振型傳遞分布不規(guī)則、振動能量損失較大等問題。而采用多級伸縮式定位指針2-2，可最大限度減小空心鉆頭安裝套2-3的軸向長度，在保證的定位精度的同時，有效避免了上述問題。
[0027]如圖3、4所示，基于由換能器2-10、變幅桿2-9、空心鉆頭2-1組成的振動子，其振型分布為縱-彎-縱復合振型，即由換能器2-10產生縱向振動，通過變幅桿2-9將振幅傳遞放大，再激勵空心鉆頭圓盤產生彎曲振動，最后帶動薄壁圓筒刀具產生縱向振動。在硬脆材料的大直徑孔加工中，該種振型分布的振動鉆削可以有效減小鉆削壓力，減少材料去除量，提高加工速度和質量。
[0028]如圖5所示，導向支撐3由筒形支座3-1、支撐臺3-2、盤型導軌槽3_3、旋轉輪組3-4組成。其中筒形支座3-1與支撐臺3-2的支腳呈內外套筒的間隙配合連接，主要保證支撐臺3-2的上下自由移動。盤型導軌槽3-3安裝于支撐臺3-2的中部圓槽內，其內部放置旋轉輪組3-4, 二者水平面上轉動自由。旋轉輪組3-4夾持于振動鉆削部分2的套筒2-8的外部凹槽處。導向支撐3可在不影響振動鉆削部分的旋轉與上下移動的前提下，最大限度的減小振動鉆削部分2的撓度和擺動，提高整個裝置的剛度，保證鉆削孔的加工質量。。
【權利要求】
1.一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置，其特征在于:裝置由鉆床平臺1、振動鉆削部分2和導向支撐3組成。
2.根據權利要求1所述的一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置，其特征在于:在振動鉆削部分2中，主軸夾持板2-13分為上下兩組，其通過主軸連接支架2-12相連接,上部的主軸夾持板2-13固定于工業(yè)臺鉆1-1的主軸端部,下部的主軸夾持板2-13夾持于法蘭連接軸2-11的軸部凹槽內，保證整個振動鉆削部分2固定于工業(yè)臺鉆1-1的主軸上；法蘭連接軸2-11的軸端部開有螺紋孔，內插螺紋傳動軸2-14，螺紋傳動軸2-14分為兩段，下部為螺桿段、上部為錐桿段，其錐桿段則插入固定于工業(yè)臺鉆1-1的鉆頭夾具孔內，從而保證鉆削扭矩的傳遞；在法蘭連接軸2-11的軸體部分套有導電滑環(huán)2-15，保證振動鉆削過程中的振動子的旋轉供電；同時導電滑環(huán)2-15需隨振動鉆削部分上下移動，故其安裝孔與導電滑環(huán)移動支架2-16通過螺栓相連接，導電滑環(huán)移動支架2-16為L型薄板支架，中部開有長凹槽，與導電滑環(huán)固定支架1-2的凸臺形成插入式的間隙配合，保證了其在上下移動過程中定子的固定。
3.根據權利要求2所述的一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置，其特征在于:空心鉆頭2-1的定位指針采用多級伸縮式定位指針2-2，其通過最后一級針筒外表面的螺紋與空心鉆頭安裝套2-3的內表面螺紋相連接；因傳統(tǒng)空心鉆頭采用的彈簧式定位指針針體軸向長度較大，致使相應的空心鉆頭安裝套2-3的軸向長度也需較大，導致振動子桿體徑向擺動劇烈、振型傳遞分布不規(guī)則、振動能量損失較大等問題；而采用多級伸縮式定位指針2-2，可最大限度減小空心鉆頭安裝套2-3的軸向長度，在保證的定位精度的同時，又有效避免了上述問題。
4.根據權利要求3所述的一種用于大直徑孔套料加工的超聲振動鉆削裝置，其特征在于:基于由換能器2-10、變幅桿2-9、空心鉆頭2-1組成的振動子，其振型分布為縱-彎-縱復合振型，即由換能器2-10產生縱向振動，通過變幅桿2-9將振幅傳遞放大，再激勵空心鉆頭圓盤產生彎曲振動，最后帶動薄壁圓筒刀具產生縱向振動；在硬脆材料的大直徑孔加工中，該種振型分布的振動鉆削可以有效減小鉆削壓力，減少材料去除量，提高加工速度和質量。
【文檔編號】B23B35/00GK103949687SQ201410130919
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權日:2014年4月3日
【發(fā)明者】傅波, 付玄, 魏周玲, 周光偉, 傅一恒, 朱鋒 申請人:四川大學