[发明专利]具有轴向振动的钻床头

说明书

技术领域

本发明涉及安装有轴向颤振(振动)的振荡器的钻床头。

背景技术

钻床具有产生长切屑的缺点，因为他们很难快速地移动远离工作区，所以在钻孔操作中存在各种问题，从而会使产生的孔的表面质量变差。

该缺点的一个补救措施是通过改变这些切屑的厚度以及重复中断切削操作来使这些切屑折断。这可以通过施加具有使切屑折断的振幅以及频率的轴向振动到切削刀具上来实现，该切削刀具一般是钻头，该轴向振动使进给速度(穿透材料的速度)循环地改变。

同时，在钻孔操作中，其只是对某些时间段内的(例如当在多层材料上钻时)振动工具或者实时改变颤振的振幅和/或频率(例如以便对切削过程作出反应以及修改以适合要钻孔的材料)是有益的。因此需要具有一种能够被控制的设备，其具有足够快速的反应性，以及确定从一种材料到另一种材料的通路的能力。

许多在钻孔时使用轴向颤振的设备已经被提出。例如，在文献EP 994 758中描述的设备中有提及。后者描述了一种在刀架与它的驱动固定架之间的连接器，用这种方式使刀架悬挂到固定架上，会产生自保持的轴向颤振，因此刀具穿透工件的速度在平均速度附近循环地改变，当然该平均速度非零。

另一文献DE 103 43 682中公开了一种铣或者钻孔刀具，其中依靠安放在刀架中、无线连接到电源的压电传动装置或者励磁器使旋转刀具经受往复轴向运动。该系统进行遥控。该刀具意图用于以很高(超声)频率以及很低振幅的轴向振动对合成材料进行机械加工。

另一文献US2008/041604中公开了一种具有颤振头的刀具，其中旋转刀具经受频率必须等于刀具的固有频率的非常高的频率的颤振，因此产生的颤振使刀具在轴向上共振。文献US2008/041604中描述的解决方案中的致动器完全合并到设备的轴向移动部分中，在振幅足够高以便折断切屑时不能产生移动以及静态或者低频的载荷。另外，因为他们涉及使用共振，所以获得的颤振的特性在很大程度上取决于载荷，也就是说取决于在机械加工操作期间所遇到的穿透力。

关于在钻孔期间通过叠加轴向颤振到正在前进的刀具进给运动上来折断切屑，众所周知的设备都不具有通用机器所需要的所有性质，也就是说，重型设备能够产生足够振幅的颤振来折断切屑，以及能够进行修改以适合不同的钻孔程序，尤其考虑在一个或者相同操作中钻孔通过的各种不同材料。例如，众所周知，EP 994758以及US2008/041604中描述的设备所产生的颤振对载荷敏感，其意思是说他们取决于切削直径以及条件(刀具，切削参数，等等)。还有众所周知，压电致动器是脆性的，除了压缩载荷之外不能承受其它应力。

发明内容

为此，本发明的主题是具有轴向颤振的振荡器的钻床头，包括：固定架，用于连接钻床头与驱动固定架绕轴旋转的电动机，该固定架具有与电动机的旋转轴重合的纵向轴；刀架；可弹性变形悬挂装置，用于将刀架悬挂到固定架上，其能够传递扭转力矩；以及导向装置，沿该固定架的纵向轴在固定架中为刀架导向，包括插入在固定架与刀架之间的、在上述轴线方向上往复运动(颤振)的受控振荡器。

优选地，颤振振荡器(也称为致动器)是管状的压电式，通过它的一个端部挤压在刀架固定架上，而根据本发明的钻床头包括：管状振荡器内产生的、在固定架与刀架之间的滑动枢轴；分别由它的端部安装到固定架以及刀架上的高抗扭刚度的轴向弹性外套筒；以及刀架经由其轴向压在振荡器的端部上的、确定轴向刚度以及低抗弯刚度的环状垫片。

套筒与垫片用于在振荡器上建立预载荷。与外套筒的自由长度以及它在轴向方向的弹性有关的振荡器与垫片的组合长度允许调节振荡器上的预载荷。轴向为刚性的环状垫片允许将振荡器发出的振动传递到刀架，同时它的抗弯柔性保护振荡器克服由钻孔过程以及滑动枢轴中可能有的任何窜动所引起的弯曲力矩的突然变化。

在该示例的另一实施例中，由连接在固定架与刀架之间的导轨(仿形轴或者花键轴上的直线球轴承)执行固定架与刀架之间的扭矩的传递，以便于只有外套筒具有将预载荷施加到振荡器上的功能。

该套筒的结构可以是具有高导热性的壁部分与促进消耗由振荡器的升温导致的热量的切口的合成。

在另一实施例中，钻床头包括固定架与刀架之间的、管状振荡器内的滑动枢轴；分别由它的端部安装到固定架以及刀架上的、具有能够传递径向荷载的平行安装的至少一个平面元件的高抗扭刚度的轴向弹性外套筒，其安装在固定架与刀架之间；以及刀架经由其轴向压在振荡器的端部上的、确定轴向刚度的环状垫片。