一种超声振动钻削装置的制作方法

本实用新型涉及机械加工技术领域，具体涉及一种超声振动钻削装置。

背景技术：

在机械加工领域，钻削作为一种简便常用的加工方法得到了越来越广泛的应用，但其本身具有的一些特性也给加工质量带来了常规工艺条件无法克服的缺陷，如孔表面加工质量差、同轴度误差大、孔的尺寸偏差大、钻削力大、钻削温度高、刀具寿命短等缺陷，钻削不锈钢、钛合金等粘性材料时，会出现断屑困难导致划伤工件表面。而超声振动钻削的振动频率达20000hz以上，振幅3-20微米，能够将连续切削转变为断续切削，对于克服上述加工缺陷具有本质上的优势，现已得到广泛研究。因此，如何设计一种超声振动钻削装置，以实现对工件的钻削成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种超声振动钻削装置，以实现对工件的钻削。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种超声振动钻削装置，其包括车削系统、夹持机构、扭转振动机构、钻削机构以及超声波发生器，所述车削系统包括床身、设置在所述床身上的尾座、与所述尾座相对设置的三爪卡盘、溜板箱，所述溜板箱设置在所述床身上并通过连杆与所述尾座相连；所述夹持机构包括莫氏锥、套装在所述莫氏锥上的三角盘，三个所述扭转振动机构均匀分布在所述三角盘的三个周侧面上；所述扭转振动机构包括变幅杆、套装在所述变幅杆上的第一压电陶瓷片，所述变幅杆与所述三角盘的周侧面垂直相连，所述变幅杆的轴线与所述莫氏锥的轴线不相交；所述莫氏锥的第一端与所述尾座相连，所述莫氏锥的第二端的外表面上套装有第二压电陶瓷片；所述钻削机构与所述第二端相连，所述钻削机构具有与所述莫氏锥、所述三爪卡盘均同轴的钻头。

优选地，所述莫氏锥的第一端为锥形结构，所述莫氏锥的第二端为具有外螺纹的圆杆，所述锥形结构与所述圆杆之间通过柱形段相连，所述圆杆的直径小于所述柱形段的直径；所述第二压电陶瓷片套装在所述圆杆上，所述三角盘套装在所述柱形段上。

优选地，所述三角盘与所述柱形段之间设置有加强筋。

优选地，所述三角盘与所述莫氏锥形成为一体式结构。

优选地，所述钻削机构还包括弹性夹筒、锁紧螺母、连接筒，所述连接筒的一端与所述圆杆螺纹连接，所述连接筒的另一端的外表面与所述锁紧螺母螺纹配合；所述钻头固定在所述弹性夹筒中，所述弹性夹筒固定在所述锁紧螺母中。

优选地，所述变幅杆与所述三角盘的周侧面螺纹连接。

优选地，所述变幅杆包括依次相连的第一圆杆段、锥形段、第二圆杆段，所述第一圆杆段与所述三角盘的周侧面螺纹连接；所述第一压电陶瓷片套装在所述第二圆杆段上。

优选地，所述扭转振动机构还包括与所述变幅杆同轴设置的圆形盖板、紧固螺栓，所述第二圆杆段上远离所述锥形段的一端的端面上设置有螺纹孔，所述圆形盖板上设置有与所述螺纹孔相对应的通孔，所述紧固螺栓穿过所述通孔与所述螺纹孔相配合。

优选地，三个所述扭转振动机构分别设置在所述三角盘的三个拐角处。

优选地，所述第一压电陶瓷片和所述第二压电陶瓷片的个数至少为两个。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的超声振动钻削装置，其在使用时，通过三爪卡盘带动工件旋转，溜板箱带动尾座靠近工件，使钻头与工件轻微接触，而后使工件的旋转速度达到至设定转速，开启超声波发生器，使得第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片受到激励而发生轴向振动，并传递给钻头，此时钻头也将会发生振动，然而通过溜板箱带动钻头逐渐深入工件，直至完成工件的加工即可，从而实现了对工件的钻削。同时，本实用新型在开启超声波发生器时，超声波发生器将会提供激励信号，变幅杆上的第一压电陶瓷片在收到激励信号后将会产生轴向振动，由于三个设置有第一压电陶瓷片的变幅杆的轴线与莫氏锥的轴线不相交，从而产生了杠杆，使得各第一压电陶瓷片的轴向振动通过三角盘汇集为钻头的扭转振动；而第二压电陶瓷片在收到激励信号后也将会产生轴向振动，使得钻头发生纵向振动。且，本实用新型的超声振动钻削装置具有多种工作模式，即：超声波激励信号可以单独提供给第二压电陶瓷片，此时能够实现钻头的纵向振动；同一组超声波激励信号可以同时提供给第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，从而实现钻头的纵扭复合振动；第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片也可以分别由两组不同的超声波信号提供激励，从而实现钻头的纵扭复合振动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步的详细说明，其中

图1为本实用新型实施例提供的超声振动钻削装置的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的夹持机构与扭转振动机构、钻削机构安装时的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的夹持机构与扭转振动机构、钻削机构安装时的爆炸视图。

附图中标记：

11、床身12、三爪卡盘13、溜板箱14、尾座15、连杆16、刀架21、钻削机构22、钻头23、弹性夹筒24、锁紧螺母25、连接筒31、锥形结构32、柱形段33、圆杆41、三角盘42、周侧面43、加强筋51、第一圆杆段52、锥形段53、第二圆杆段61、第一压电陶瓷片62、第二压电陶瓷片71、圆形盖板72、紧固螺栓

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案作进一步地详细介绍。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供了一种超声振动钻削装置，其包括车削系统、夹持机构、扭转振动机构、钻削机构21以及超声波发生器，所述车削系统包括床身11、设置在所述床身11上的尾座14、与所述尾座14相对设置的三爪卡盘12、溜板箱13，所述溜板箱13设置在所述床身上并通过连杆15与所述尾座21相连；所述夹持机构包括莫氏锥、套装在所述莫氏锥上的三角盘41，三个所述扭转振动机构均匀分布在所述三角盘41的三个周侧面42上；所述扭转振动机构包括变幅杆、套装在所述变幅杆上的第一压电陶瓷片61，所述变幅杆与所述三角盘41的周侧面垂直相连，所述变幅杆的轴线与所述莫氏锥的轴线不相交；所述莫氏锥的第一端与所述尾座14相连，所述莫氏锥的第二端的外表面上套装有第二压电陶瓷片62；所述钻削机构21与所述第二端相连，所述钻削机构具有与所述莫氏锥、所述三爪卡盘12均同轴的钻头22。可以理解的是，溜板箱13上设置有刀架16。

本实用新型实施例提供的超声振动钻削装置，其在使用时，通过三爪卡盘12带动工件旋转，溜板箱13带动尾座14靠近工件，使钻头22与工件轻微接触，而后使工件的旋转速度达到至设定转速，开启超声波发生器，使得第一压电陶瓷片61和第二压电陶瓷片62受到激励而发生轴向振动，并传递给钻头，此时钻头22也将会发生振动，然而通过溜板箱带动钻头22逐渐深入工件，直至完成工件的加工即可，从而实现了对工件的钻削。同时，本实用新型在开启超声波发生器时，超声波发生器将会提供激励信号，变幅杆上的第一压电陶瓷片61在收到激励信号后将会产生轴向振动，由于三个设置有第一压电陶瓷片61的变幅杆的轴线与莫氏锥的轴线不相交，从而产生了杠杆，使得各第一压电陶瓷片61的轴向振动通过三角盘汇集为钻头的扭转振动；而第二压电陶瓷片62在收到激励信号后也将会产生轴向振动，使得钻头发生纵向振动。且，本实用新型的超声振动钻削装置具有多种工作模式，即：超声波激励信号可以单独提供给第二压电陶瓷片62，此时能够实现钻头的纵向振动；同一组超声波激励信号可以同时提供给第一压电陶瓷片61和第二压电陶瓷片62，从而实现钻头的纵扭复合振动；第一压电陶瓷片61和第二压电陶瓷片62也可以分别由两组不同的超声波信号提供激励，从而实现钻头的纵扭复合振动。

进一步地，所述莫氏锥的第一端为锥形结构31，所述莫氏锥的第二端为具有外螺纹的圆杆33，所述锥形结构与所述圆杆之间通过柱形段32相连，所述圆杆的直径小于所述柱形段的直径；所述第二压电陶瓷片62套装在所述圆杆上，所述三角盘套装在所述柱形段上。采用此方案，莫氏锥通过锥形结构被夹持在尾座中。可以理解的是，锥形结构的直径较大的一端与柱形段的一端相连；锥形结构、柱形段与圆杆同轴。

为了能够有效地提高三角盘41与柱形段32之间的连接强度，所述三角盘与所述柱形段之间设置有加强筋43。可以优选加强筋的个数为三个，三个所述加强筋均布在所述柱形段的周向上。可以优选三角盘为等边三角形盘状结构。

具体地，所述三角盘41与所述莫氏锥形成为一体式结构，以使得三角盘41与莫氏锥之间的连接强度较大，同时也便于保证三角盘41与莫氏锥的同轴度。可以理解的是，三角盘41与莫氏锥垂直设置，且三角盘与莫氏锥同轴。

进一步地，所述钻削机构21还包括弹性夹筒23、锁紧螺母24、连接筒25，所述连接筒25的一端与所述圆杆33螺纹连接，所述连接筒25的另一端的外表面与所述锁紧螺母螺纹配合；所述钻头固定在所述弹性夹筒中，所述弹性夹筒固定在所述锁紧螺母中，从而方便地实现了钻头与莫氏锥的可拆卸连接，同时也便于对钻头进行更换和维修。可以理解的是，连接筒能够对套装在圆杆上的第二压电陶瓷片进行有效地限位；可以优选钻头为麻花钻。

为了方便地进行变幅杆与三角盘41之间的拆卸，所述变幅杆与所述三角盘41的周侧面42螺纹连接。

具体地，所述变幅杆包括依次相连的第一圆杆段51、锥形段52、第二圆杆段53，所述第一圆杆段51与所述三角盘的周侧面螺纹连接；所述第一压电陶瓷片套装在所述第二圆杆段上。可以理解的是，第一圆杆段、锥形段、第二圆杆段同轴设置，锥形段的直径较小的一端与第一圆杆段相连，锥形段52的直径较大的一端与第二圆杆段相连。

进一步地，所述扭转振动机构还包括与所述变幅杆同轴设置的圆形盖板71、紧固螺栓72，所述第二圆杆段上远离所述锥形段的一端的端面上设置有螺纹孔，所述圆形盖板71上设置有与所述螺纹孔相对应的通孔，所述紧固螺栓72穿过所述通孔与所述螺纹孔相配合。采用此方案，通过圆形盖板的设置能够对套装在第二圆杆段上的第一压电陶瓷片进行较好地限位，有效地避免第一压电陶瓷片从第二圆杆段上脱落。可以理解的是，圆形端盖用于增加受力面积。

如图2所示，三个所述扭转振动机构分别设置在所述三角盘41的三个拐角处，这样在三个变幅杆上的第一压电陶瓷片61收到超声波的激励信号后，而三个变幅杆的轴线与莫氏锥的轴线不相交，此时杠杆效果将会更加明显，更易于实现钻头的扭转振动。

具体地，所述第一压电陶瓷片61和所述第二压电陶瓷片62的个数至少为两个。所述第一压电陶瓷片61和所述第二压电陶瓷片62的数量可以根据所需功率进行设计。所述第一压电陶瓷片和所述第二压电陶瓷片均为圆环形片。

本实用新型实施例提供的超声振动钻削装置的一般使用方法为：包括启动步骤和停机步骤；

所述启动步骤的控制方式如下：先在三爪卡盘12上装夹工件，并通过溜板箱13带动钻头与工件轻微接触，然后使工件旋转至设定转速，开启超声波发生器的电源，并通过溜板箱13带动钻头定量进给，即溜板箱带动钻头逐渐深入工件；

所述停机步骤的控制方式如下：先通过溜板箱13带动钻头与工件脱离接触，而后关闭车削系统的电源，使工件停止旋转，然后关闭超声波发生器的电源。

本实用新型能够实现钻头的纵向超声振动、扭转超声振动、纵扭复合超声振动，车削系统夹持工件进行旋转运动，溜板箱13带动尾座上的钻头进行定量进给，能够实现多功能振动钻削功能，还能够降低钻削力和钻削热，提升钻削过程的断屑效果，提高孔加工精度和加工质量，尤其是对于难加工的材料效果明显。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，需要指出的是，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，而且，在阅读了本实用新型的内容之后，本领域相关技术人员可以对本实用新型做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。