[实用新型]一种复合振动钻削装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械加工领域，具体涉及一种超声扭转和低频轴向复合振动钻削 装置。

背景技术

振动钻削是二十世纪六十年代日本宇都宫大学隈部淳一郎教授提出的一种新型 钻削技术，其实质是：在传统钻削基础上，给刀具或者工件施加有规律的可控振动，并通过 振动参数和切削参数之间的优化匹配，改变传统钻削机理、改善工艺效果，实现高效精密内 孔加工。经过五十多年的发展，振动钻削已经成为一种公认的先进内孔加工技术，在难加工 材料钻削、深小孔钻削、精密内孔加工方面具有独特的优势。

实施振动钻削的方法很多，按照振动频率不同，可以分为超声振动钻削和低频振 动钻削；按照振动方式不同，可以分为轴向(纵向)振动钻削(振动方向与钻头轴线方向一 致)、扭转振动钻削(振动方向与钻头的回转方向一致)。振动频率和振动方式不同，加工效 果不同，实现它们的装置也就各不相同。

超声振动钻削是目前最常用的振动钻削工艺，该工艺的实现方法通常是：超声波 发生器输出超声频的电振荡信号，经换能器转变为超声振动，再经变幅杆放大后，驱动钻头 进行超声振动钻削加工。根据换能器输出的振动方式不同，可分为超声轴向振动钻削和超 声扭转振动钻削；从原理上讲，专利号为ZL90222220.1、ZL201420309335.7、 ZL201410130919.2和ZL01203690.0的几个专利都属于这类装置，只是在结构特征、实施方 式和应用场合上有所差异。该类装置的优点在于：钻头的高频冲击作用能够有效改善材料 的切削性能，特别适合于玻璃、陶瓷等硬脆性非金属材料的加工。然而，由于超声振动是在 工具系统(包括振动系统和刀具)谐振情况下产生的，更换刀具必需再次进行调谐，且不易 实现振动参数的变换。此外，由于超声波发生器输出功率所限，由于切削负荷所导致的振幅 损失和参数畸变也制约了该类装置的应用效果。

低频轴向振动钻削也是一种常用的振动钻削工艺，由于其变厚切削和变角切削特 性突出，能够实现切屑尺寸控制、促进断屑排屑，因此在提高不锈钢、钛合金等难切削金属 材料的内孔加工精度、减小孔出口毛刺方面具有显著的工艺效果。ZL200510012717.9公开 了一种机械式低频轴向振动钻削装置，该装置是通过双偏心结构(由偏心轴和偏心套组成) 把调速电机输出的旋转运动转换为工作台的直线振动，从而驱动工件实现低频轴向振动。 该装置振动频率的调整通过改变调速电机的转速实现，振幅的调整通过改变偏心轴和偏心 套的相对位置实现，但由于电机输出速度及机械结构自身特点所限，该装置的振动频率较 低，通常在150Hz以下；而且振幅调整精度也不高，如不能实现微米级的振幅调整，从而难以 实现振动参数和切削参数的最佳匹配，制约了振动钻削工艺效果的有效发挥。

复合振动钻削是近年来提出的一种新型振动钻削工艺，其目的在于充分发挥一维 振动钻削的各自优势、拓展振动钻削技术的应用范围。ZL201410240342.0公开了一种纵扭 复合超声振动切削装置，该装置采用超声振动纵扭主轴系统，把一个超声波发生器输出的 超声电振荡信号转换为纵扭复合超声振动，并通过装夹锥柄驱动同轴设置的加工刀具实现 复合超声振动钻削加工。该装置能够同时发挥超声轴向振动和超声扭转振动的优势，但超 声振动钻削系统的自身局限(如输出振动参数不易变换、振幅损失等)仍是其应用效果发挥 的关键制约因素。

发明内容

为了实现超声和低频、扭转和轴向多种一维振动钻削工艺的优势互补，在一台设 备上同时满足非金属硬脆材料和难切削金属材料的钻削需求，本实用新型提出了一种超声 扭转和低频轴向复合振动钻削装置。

本实用新型的复合振动钻削装置，由机床本体，作为机床附件用于驱动刀具实现 超声扭转振动的超声扭转振动系统，作为机床附件用于驱动工件实现频率为10-2000Hz、振 幅为1-10μm的低频轴向振动的低频轴向振动系统三部分组成；