CN102229001B - 一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置，包括滑环、前盖板、A陶瓷片、B陶瓷片、后盖板、法兰盘、挡圈、手动气钻、钻轴套筒、弹簧卡头和紧固帽；手动气钻的主轴连接在前盖板的内螺纹孔中，前盖板的外螺纹段顺次套接A陶瓷片、B陶瓷片后，螺纹连接在后盖板的内螺纹孔中；滑环内圈安装在后盖板上，滑环外圈通过螺栓与挡圈、法兰盘连接；钻轴套筒的一端内圆锥段与弹簧卡头的外圆柱段连接，钻轴套筒的另一端外圆柱段热装进前盖板的内圆柱段中，弹簧卡头的卡头段卡住铰刀或者套料钻最终通过紧固帽锁紧；本发明通过弹簧卡头装配设计，不但使能装夹的刀头形式多样，而且便于换能器与普通气钻主轴和刀具的拆卸，保证整个气钻工具的回转精度。

Description

一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置

技术领域

本发明涉及一种超声振动钻削装置，更特别地说，是涉及一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置。该超声振动套铰加工装置尤其适用于对碳纤维复合材料与钛合金叠层高质高效低成本的紧固件大孔加工。属于超声振动切削加工工艺和设备部件技术领域。

背景技术

超声振动切削是将一超声振动附加于刀具上，使原本连续的切削过程变成断续的，具有特殊切削效果的切削方式，是日本学者率先提出来的。超声振动切削具有降低切削力和切削温度、提高表面质量和形位精度的独特优点。但是，以往的振动加工装置存在着结构较复杂、体积大，不能回转等缺点，通常都是应用于机床或各类加工中心上面。因此振动装置的便携性能差，限制了振动技术在轻巧便携的手动工具中的应用，尤其是目前飞机蒙皮装配现场中普通气钻无法应用振动技术优势来进行大量难加工叠层材料高质高效低成本的紧固件孔加工。

本申请人已于2010年11月15日递交过名称为《一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置》申请号为201010543592.3的专利申请，该专利中刀具(铰刀或套料钻)和气钻主轴的连接为螺纹连接，只能装卡带螺纹头的刀具，而且刀具很多都是采用英制螺纹，很多刀具都得定制，刀具装拆都不太方便，比较费时，本发明中刀具(铰刀或套料钻)和手动气钻主轴连接方式是采用弹簧卡头装配，不但使得可装夹的刀具的刀头的形式多样，而且便于换能器与普通气钻主轴和刀具的拆卸，保证整个气钻工具的回转精度，本专利申请是对以前专利申请的改进。

发明内容

为了解决飞机蒙皮装配现场中难加工叠层材料高紧固件孔的质高效低成本加工，本发明提供一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置。它克服了现有技术的不足，是一种轻巧便携的超声振动手动工具。

本发明一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置，该装置包括有滑环(1)、前盖板(2)、A陶瓷片(2A)、B陶瓷片(2B)、后盖板(3)、法兰盘(5)、挡圈(6)、手动气钻(13)、钻轴套筒(7)、弹簧卡头(8)和紧固帽(9)；前盖板(2)的一端热装进钻轴套筒(7)，钻轴套筒(7)的另一端连接弹簧卡头(8)，弹簧卡头卡住铰刀(4)或者套料钻(4A)；手动气钻(13)的外壳与法兰盘(5)连接，手动气钻(13)的主轴连接在前盖板(2)的内螺纹孔(21)中；

所述滑环(1)包括有滑环外圈(1A)和滑环内圈(1B)，滑环内圈1B安装在后盖板(3)上，滑环外圈1A通过螺栓与挡圈(6)、法兰盘(5)连接，该滑环为市购件；

所述前盖板(2)为中空的台阶园柱形件，其轴向中心一端为内螺纹孔端(21)和外螺纹孔端(22)，前盖板(2)的另一端设计成内光滑圆轴段(23)，外螺纹段(22)顺次套接A陶瓷片(2A)、B陶瓷片(2B)后，连接在后盖板(3)的内螺纹孔(3A)中；

所述后盖板(3)轴向中心为内螺纹孔(3A)，该后盖板一端通过螺栓与滑环的内圈(1B)连接，内螺纹孔(3A)连接在前盖板(2)的外螺纹孔端(22)上；

所述法兰盘(5)是一在圆周方向和径向上都设置有螺纹孔的法兰盘件，该法兰盘件通过螺钉穿过圆周方向上的螺纹孔与挡圈(6)连接并最终固定到滑环(1)上，并通过径向上的螺纹孔用螺钉将法兰盘固定在气钻(13)上；

所述挡圈(6)是一在圆周上设置有螺纹孔的圆环状件，通过螺钉一端与法兰盘(5)另一端与滑环外圈(1A)连接，该挡圈位于法兰盘(5)和滑环(1)之间；

以下所述的钻轴套筒(7)、弹簧卡头(8)、紧固帽(9)是本专利在以前申请的专利基础上的改进，这三个部分构成了本专利中的弹簧卡头部分。

所述钻轴套筒(7)是中心为通孔的台阶形圆柱件。其一端设置有外螺纹段(72)与紧固帽(9)的内螺纹连接，该外螺纹段(72)的内孔设置为内圆锥段(73)，它与弹簧卡头(8)的外圆柱段(81)伸进钻轴套筒(7)的部分接触。见图4A。该钻轴套筒(7)的外圆柱段(71)热装进前盖板(2)的内圆柱段(23)中，弹簧卡头(8)的外圆柱段(81)伸进钻轴套筒(7)的内圆锥段(73)中，将铰刀(4)或者套料钻(4A)装进弹簧卡头(8)的卡头段(82)中最终通过紧固帽(9)锁紧。

所述弹簧卡头(8)的形状是两种形状件的组合。一种是实心台阶轴，另一个是带有不透孔且中部开有十字槽的圆台形件，见图4B。

所述紧固帽(9)是内孔设置有内螺纹与钻轴套筒(7)的外螺纹段(72)连接的圆柱形件。

所述手动气钻(13)是带螺纹旋转主轴头的普通气钻，其旋转主轴通过螺纹头与前盖板(2)的内螺纹孔端(21)相连，本专利中的手动气钻为市购件。

所述的应用于气钻的超声振动套铰加工装置，其滑环(1)、前盖板(2)、法兰盘(5)、挡圈(6)、B陶瓷片(2B)、A陶瓷片(2A)和后盖板(3)构成换能器；所述换能器能够为铰刀(4)或者套料钻提供单一方向或者椭圆轨迹振动。

所述的应用于气钻的超声振动套铰加工装置，其A被加工件(11)的材料为碳纤维复合材料，B被加工件(12)的材料为钛合金，A被加工件(11)与B被加工件(12)为叠层放置。

本发明的超声振动套料加工装置的优点在于：

①仅通过前盖板随气钻主轴的旋转来带动两个陶瓷片、后盖板的旋转，其结构设计简单，更佳有利于旋转的前盖板将旋转运动传给刀具(铰刀或套料钻)，同时也使得刀具(铰刀或套料钻)在加工过程中实现垂直于工件方向的进给运动。

②在后盖板的外缘上安装滑环，利用法兰盘使滑环的外圈与手动气钻的外壳固连，实现了换能器的旋转供电。

③本发明装置是基于朗之万换能器模型，通过结构的巧妙设计，换能器材料的选择，使其在结构小巧轻便的基础上，保证了振动效果的优良发挥，并且通过选择安装不同振动形式的陶瓷堆，可以分别实现刀具(铰刀或套料钻)不同振动模式。更佳适合在飞机蒙皮装配现场中对难加工叠层蒙皮材料的紧固件大孔孔的高质高效低成本的加工。

④本发明中刀具(铰刀或套料钻)和气钻主轴通过弹簧卡头装配，不但使能装夹的刀具的刀头形式多样，而且便于换能器与普通气钻主轴和刀具的拆卸，保证整个气钻工具的回转精度。

⑤本发明通过实现普通气钻的超声振动加工，可以有效降低切削力和切削温度，提高加工精度和表面质量，延长刀具(铰刀或套料钻)的寿命，降低加工成本，从而更加适合飞机蒙皮复钛叠层紧固件大孔的高质高效低成本的加工。

⑥实现了振动工具小型化，精密化的设计，这更佳有利于与普通气钻配套使用。

附图说明

图1是本发明安装有铰刀及被加工件的超声振动钻削装置结构图。

图1A是本发明配有铰刀的超声振动钻削装置分解图。

图1B是套料钻的结构图。

图2是未装配滑环、法兰盘的本发明超声振动钻削装置的结构图。

图3是本发明超声振动钻削装置中前盖板的结构图。

图4是刀具装卡头部分结构图。

图4A是刀具装卡头部分的分解图。

图4B是弹簧卡头结构图。

图中：	1.滑环	1A.滑环外圈	1B.滑环内圈	2.前盖板
					21.内螺纹孔段	22.外螺纹段	23.内光滑圆轴段	3.后盖板	3A.内螺纹孔
4.铰刀	4A.套料钻	5.法兰盘	6.挡圈	7.钻轴套筒
					71.外圆柱段	72.外螺纹段	73.内圆锥段	8.弹簧卡头	81.外圆柱段
82.卡头段	9.紧固帽		2A A陶瓷片	2B B陶瓷片
					11.A被加工件	12.B被加工件	13.手动气钻

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1、图1A、图1B所示，本发明的一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置，其包括有滑环1、前盖板2、A陶瓷片2A、B陶瓷片2B、后盖板3、法兰盘5和挡圈6、钻轴套筒7、弹簧卡头8、紧固帽9；弹簧卡头的一端连接铰刀4(图1A所示)或者套料钻4A(图1B所示)。在本发明中，手动气钻13的外壳与法兰盘5连接，手动气钻13的主轴连接在前盖板2的内螺纹孔21中，钻轴套筒7的外圆柱段71经过热装装进前盖板2的内圆柱段中，弹簧卡头8的外圆柱段81与钻轴套筒7的内孔连接，弹簧卡头8的一部分伸进钻轴套筒7的内圆锥段73中并通过紧固帽9紧固卡紧刀具。为了实现在施工现场的移动性，手动气钻13采用手动工具。本发明中刀具(铰刀或套料钻)和手动气钻13主轴连接的弹簧卡头8接口装配，不但使得可装夹的刀具的刀头的形式多样，而且便于换能器与普通气钻主轴和刀具的拆卸，保证整个气钻工具的回转精度。见图4及图4A、图4B。

该滑环(1)包括有滑环外圈(1A)和滑环内圈(1B)，滑环内圈1B安装在后盖板(3)上，滑环外圈1A通过螺栓与挡圈(6)、法兰盘(5)连接，该滑环为市购件；

该前盖板(2)为中空的台阶园柱形件，其轴向中心一端为内螺纹孔端(21)和外螺纹孔端(22)，前盖板(2)的另一端设计成内光滑圆轴段(23)，外螺纹段(22)顺次套接A陶瓷片(2A)、B陶瓷片(2B)后，连接在后盖板(3)的内螺纹孔(3A)中；

该后盖板(3)轴向中心为内螺纹孔(3A)，该后盖板一端通过螺栓与滑环的内圈(1B)连接，内螺纹孔(3A)连接在前盖板(2)的外螺纹孔端(22)上；

该法兰盘(5)是一在圆周方向和径向上都有螺纹孔的法兰盘件，该法兰盘件通过螺钉穿过圆周方向上的螺纹孔与挡圈(6)连接并最终固定到滑环(1)上，并通过径向上的螺纹孔用螺钉将法兰盘固定在气钻(13)上；

该挡圈(6)是一在圆周上有螺纹孔的圆环状件，通过螺钉一端与法兰盘(5)另一端与滑环外圈(1A)连接，该挡圈位于法兰盘(5)和滑环(1)之间；

该钻轴套筒(7)是中心为通孔的台阶形圆柱件。其一端设置有外螺纹段(72)与紧固帽(9)的内螺纹连接，该外螺纹段(72)的内孔设置为内圆锥段(73)，它与弹簧卡头(8)的外圆柱段(81)伸进钻轴套筒(7)的部分接触。见图4A。

该弹簧卡头(8)的形状是两种形状件的组合。一种是实心台阶轴，另一个是带有不透孔且中部开有十字槽的圆台形件，见图4B。

该紧固帽(9)是内孔设置内螺纹与钻轴套筒(7)的外螺纹段(72)连接的圆柱形件。

在本发明中，参见图1A所示，A被加工件11的材料为碳纤维复合材料，B被加工件12的材料为钛合金。A被加工件11与B被加工件12为叠层结构。本发明装置是基于朗之万换能器模型，通过结构的巧妙设计，换能器材料的选择，使其在结构小巧轻便的基础上，保证了振动效果的优良发挥，并且通过选择安装不同振动形式的陶瓷堆，可以分别实现刀具(铰刀或套料钻)不同振动模式。更佳适合在飞机蒙皮装配现场中对难加工叠层蒙皮材料的紧固件大孔孔的高质高效低成本的加工。

在本发明中，滑环1、前盖板2、A陶瓷片2A、B陶瓷片2B、后盖板3、法兰盘5和挡圈6构成换能器。所述换能器能够为刀具(铰刀4、套料钻4A等)提供单一方向或者椭圆轨迹振动，可以有效降低切削力和切削温度，提高加工精度和表面加工质量，延长刀具寿命。仅通过前盖板2随手动气钻13的主轴的旋转来带动两个陶瓷片2A、2B，后盖板3、钻轴套筒7和弹簧卡头8的旋转，其结构设计简单，更佳有利于旋转的前盖板2将旋转运动传给刀具(铰刀或套料钻)，同时也使得刀具(铰刀或套料钻)在加工过程中实现垂直于工件方向的进给运动。

参见图1A、图2、图3所示，一端为圆轴光滑内孔23，用于热装钻轴套筒7，即钻轴套筒7的圆轴段热装进前盖板2的内光滑内孔中，前盖板2的另一端设计成外螺纹段22，外螺纹段22顺次套接A陶瓷片2A、B陶瓷片2B后，螺纹连接在后盖板3的内螺纹孔3A中。

本发明一种应用于手钻的超声振动套铰加工装置的连接关系为：

手动气钻13的外壳安装在法兰盘5上，手动气钻13的主轴安装在前盖板2的外螺纹段22端的内螺纹孔21内；前盖板2的外螺纹段22上顺次套接有A陶瓷片2A、B陶瓷片2B后，外螺纹段22连接在后盖板3的内螺纹孔内；滑环内圈1B安装在后盖板3上，滑环外圈1A通过螺栓与挡圈6、法兰盘5连接；前盖板2的一端热装有钻轴套筒7即钻轴套筒7的圆轴段热装进前盖板2的内光滑圆轴段(23)中，铰刀4的一端通过弹簧卡头8卡住并通过紧固帽9最终夹紧，铰刀4的另一端与A被加工件11的表面垂直，A被加工件11与B被加工件12重叠在一起。

采用本发明一种应用于手钻的超声振动套铰加工装置进行振动紧固件孔加工时的过程为：

按下手动气钻13扳机，此时手动气钻主轴旋转，在手动气钻主轴的带动下前盖板2旋转；运转着的前盖板2将旋转运动传给钻轴套筒7和后盖板3，旋转套筒7再传给弹簧卡头8，最终传到铰刀4。而后盖板3旋转带动滑环内圈1B旋转。滑环外圈1A通过螺栓与垫圈6、法兰盘5连接，法兰盘5通过钉丝与手动气钻枪体外壳固定不动。

Claims (1)

1.一种应用于气钻的超声振动套铰加工装置，该装置包括有滑环（1）、前盖板（2）、A陶瓷片（2A）、B陶瓷片（2B）、后盖板（3）、法兰盘（5）、挡圈（6）、手动气钻（13）、钻轴套筒（7）、弹簧卡头（8）和紧固帽（9）；气钻（13）的外壳与法兰盘（5）连接，气钻（13）的主轴连接在前盖板（2）的内螺纹孔（21）中；该前盖板（2）为中空的台阶圆柱形件，前盖板（2）的轴向中心一端为内螺纹孔（21）和外螺纹孔（22），前盖板（2）的另一端设计成内光滑圆轴段（23），外螺纹孔（22）顺次套接A陶瓷片（2A）、B陶瓷片（2B）后，螺纹连接在后盖板（3）的内螺纹孔（3A）中；该滑环（1）包括有滑环外圈（1A）和滑环内圈（1B），滑环内圈(1B)安装在后盖板（3）上，滑环外圈(1A)通过螺栓与挡圈（6）、法兰盘（5）连接，滑环（1）为市购件；该后盖板一端通过螺栓与滑环的内圈（1B）连接，内螺纹孔（3A）连接在前盖板（2）的外螺纹孔端（22）上；该法兰盘（5）是一在圆周方向和径向上都设置有螺纹孔的法兰盘件，它通过螺钉穿过圆周方向上的螺纹孔与挡圈（6）连接并最终固定到滑环（1）上，并通过径向上的螺纹孔用螺钉将法兰盘固定在气钻（13）上；该挡圈（6）是一圆周上设置有螺纹孔的圆环状件，通过螺钉一端与法兰盘（5）另一端与滑环外圈（1A）连接，该挡圈位于法兰盘（5）和滑环（1）之间；其特征在于：

该钻轴套筒（7）是中心为通孔的台阶形圆柱件，其一端设置有外螺纹段（72）与紧固帽（9）的内螺纹连接，该外螺纹段（72）的内孔设置为内圆锥段（73），内圆锥段（73）与弹簧卡头（8）的外圆柱段（81）伸进钻轴套筒（7）的部分接触；该钻轴套筒（7）的外圆柱段（71）热装进前盖板（2）的内光滑圆轴段（23）中，弹簧卡头（8）的外圆柱段（81）伸进钻轴套筒（7）的内圆锥段（73）中，将铰刀（4）或者套料钻（4A）装进弹簧卡头（8）的卡头段（82）中最终通过紧固帽（9）锁紧；

该弹簧卡头（8）的形状是两种形状件的组合，一种是实心台阶轴，另一个是带有不透孔且中部开有十字槽的圆台形件；

该紧固帽（9）是内孔设置有内螺纹与钻轴套筒（7）的外螺纹段（72）连接的圆柱形件。

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