CN109158652A - 压电式微孔振动钻削装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电式微孔振动钻削装置，其装置外壳的锥柄内部安装有预紧螺栓，装置外壳的中空内腔上部设置有压电促动器，所述装置外壳的内腔下部与环状柔性铰链连接，所述压电促动器的上下两端通过转接头分别与所述预紧螺栓和所述环状柔性铰链的上端连接，所述环状柔性铰链的下端安装有刀具；所有转动部件的中心均在一条直线上，所述装置外壳的外侧设置有下感应盘，机床主轴上设置有上感应盘，所述压电促动器通过导线与所述下感应盘连接。本发明通过非谐振工作的压电促动器和环状柔性铰链的协调作用，在产生高速旋转的同时可产生轴向的单频或多频复合振动，根据加工需要通过改变感应盘的电压信号无级调节轴向振动的幅值和频率，改善加工质量。

Description

压电式微孔振动钻削装置
技术领域：
本发明涉及一种机械加工中钻孔设备，特别是涉及一种压电式微孔振动钻削装置。
背景技术：
孔加工是机械加工中重要的工序之一。随着科学技术的发展，当今所使用的材料向着高强度，高刚度发展，孔加工的精度也越来越高，所以孔加工的难度越来越大。微孔加工往往成为工序上的瓶颈。
国内外不少学者对振动钻削技术进行了大量的理论和试验研究，并且发现：振动钻削断屑排屑效果、润滑状况、加工质量等相对于传统加工都具有明显的改善和提高。尤其是在难加工材料的加工和精密加工中，振动钻削具有传统钻削无法比拟的工艺效果。
目前，国内外学者研制开发了不少用于振动钻削的装置，如机械式、电磁式和液压式等，但是能真正用于小孔振动钻削的还不多。大多国内外所研制的振动钻削装置或者不能对振动参数进行无极连续调节，或者参数调整麻烦，或者输出分辨率不高，或者不适应于微孔振动钻削。如专利“小直径深孔超声振动钻削装置（申请号201420309335.7 公开号CN203900554 U 公开日期2014.10.29）”发明的一种小直径深孔超声振动钻削装置，超声波发生器用导线和碳刷相连，碳刷和集流环的触点相连，工作时，摩擦严重，温度过高；换能器与变幅杆联接，振幅较小，断屑困难。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简单紧凑，调节振幅和频率方便的压电式微孔振动钻削装置。
本发明的技术方案是：
一种压电式微孔振动钻削装置，包括装置外壳，所述装置外壳的顶部为能与机床主轴联接的锥柄，所述锥柄的内部安装有预紧螺栓，所述装置外壳的中空内腔上部设置有压电促动器，所述装置外壳的内腔下部与环状柔性铰链连接，所述压电促动器的上端通过上转接头与所述预紧螺栓接触，所述压电促动器的下端通过下转接头与所述环状柔性铰链的上端连接，所述环状柔性铰链的下端安装有用于装夹刀具的弹簧夹头和螺母；所述预紧螺栓、所述压电促动器、所述上转接头、所述下转接头和所述环状柔性铰链的中心在一条直线上，所述装置外壳的外侧设置有下感应盘，机床主轴上设置有上感应盘，二者上下相对应构成能量无线传输机构；所述压电促动器通过导线与所述下感应盘连接。
所述压电促动器与所述装置外壳的内腔壁之间设置有支撑架，保证其中心与所述装置外壳中心在一条直线上。
所述环状柔性铰链的上端通过螺钉和圆柱销与所述装置外壳联接，所述装置外壳下端通过螺纹与保护圆环的外圈连接，所述保护圆环的内圈安装有O形圈，所述O形圈与所述环状柔性铰链密封接触。
所述装置外壳的中部对称开有两个孔，从而使所述压电促动器的导线通过其中一个孔与所述能量无线传输机构相联接。所述环状柔性铰链为双排铰链，双排之间放置有两个支撑半圆盘，所述环状柔性铰链和支撑半圆盘通过螺钉和圆柱销联接。
所述环状柔性铰链的截面可采用单边圆弧形或倒圆角直梁形结构；所述环状柔性铰链在铰链部分的圆周方向开出一些均匀分布的通孔或通槽。所述压电促动器采用叠堆式压电陶瓷结构，工作在非谐振情况下且使用开环控制。
所述压电促动器可以根据需要加载单频或多频的电压信号，实现单一中低频振动或中低频复合振动，振幅0-150μm无极调节，频率范围0-2KHz。
本发明的有益效果是：
1、本发明能够直接安装在机床主轴上，通过压电促动器和环状柔性铰链的协调作用，在产生高速旋转的同时可产生轴向的振动，通过改变感应盘的电压信号可以无级调节轴向振动的幅值和频率，从而提高加工效率，改善加工质量。
2、本发明通过预紧螺栓对压电促动器进行预紧，压电促动器分别通过上下转接头与预紧螺栓和环状柔性铰链相互联接，从而保证力的轴向传递。另外，压电促动器与装置外壳之间有支撑架，从而保证安装时的轴向精度。
3、本发明环状柔性铰链为双排铰链，能够有效提高振动体的侧向刚度，保证沿轴向振动的精度。另外，双排的环状柔性铰链之间放置有支撑半圆盘，起到支撑作用。
4、本发明结构简单、紧凑，装卸方便；有效解决了难加工材料微小孔加工时的断屑排屑难题，改善切削液冷却润滑效果，延长刀具寿命和提高孔加工精度和质量，易于推广实施，具有良好的经济效益。
附图说明：
图1为压电式微孔振动钻削装置的剖视结构示意图；
图2为图1中A-A剖面结构图。
具体实施方式：
实施例：参见图1-图2，图中，1-拉钉，2-装置外壳，3-预紧螺栓，4-上转接头，5-压电促动器，6-支撑架，7-下转接头，8-环状柔性铰链，9-支撑半圆盘，10-弹簧垫圈，11-螺钉，12-保护圆环，13- O形圈，14-弹簧夹头，15-螺母，16-刀具，17-下感应盘，18-上感应盘，19-机床主轴，20-圆柱销。
压电式微孔振动钻削装置包括装置外壳2、压电促动器5、环状柔性铰链8以及保护圆环12；压电促动器5设置于装置外壳2内部，装置外壳2外侧设置有感应盘装置，环状柔性铰链8通过内六角平头螺钉11和圆柱销17与装置外壳2下端连接。装置外壳2上端与数控机床连接，环状柔性铰链8的下端安装有用于装夹刀具16的弹簧夹头14和螺母15。
装置外壳2中部对称开有两个孔，从而使压电促动器5的线路通过其中一个孔与感应盘装置相连接。通过预紧螺栓3对压电促动器5进行预紧。压电促动器5分别通过上转接头4和下转接头7与预紧螺栓3和环状柔性铰链8相互联接，从而保证力的轴向传递。压电促动器5与装置外壳2之间有支撑架，从而保证安装时的轴向精度。
环状柔性铰链8，铰链截面可采用圆弧形或倒圆角直梁形结构。环状柔性铰链8为双排铰链，可以有效提高振动体的侧向刚度，保证沿轴向振动的精度。双排的环状柔性铰链8之间放置有支撑半圆盘9，起到支撑作用。
保护圆环12通过螺纹与装置外壳2下端连接，保护圆环12内圈安装有O形圈13，防止工作环境中的杂物进入损坏环状柔性铰链。
需要保证预紧螺栓3、压电促动器5、上转接头4下转接头7和环状柔性铰链8的中心在一条直线上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种压电式微孔振动钻削装置，包括装置外壳，其特征是：所述装置外壳的顶部为能与机床主轴联接的锥柄，所述锥柄的内部安装有预紧螺栓，所述装置外壳的中空内腔上部设置有压电促动器，所述装置外壳的内腔下部与环状柔性铰链连接，所述压电促动器的上端通过上转接头与所述预紧螺栓接触，所述压电促动器的下端通过下转接头与所述环状柔性铰链的上端连接，所述环状柔性铰链的下端安装有用于装夹刀具的弹簧夹头和螺母；所述预紧螺栓、所述压电促动器、所述上转接头、所述下转接头和所述环状柔性铰链的中心在一条直线上，所述装置外壳的外侧设置有下感应盘，机床主轴上设置有上感应盘，二者上下相对应构成能量无线传输机构；所述压电促动器通过导线与所述下感应盘连接。
2.根据权利要求1所述的压电式微孔振动钻削装置，其特征是：所述压电促动器与所述装置外壳的内腔壁之间设置有支撑架，保证其中心与所述装置外壳中心在一条直线上。
3.根据权利要求1所述的压电式微孔振动钻削装置，其特征是：所述环状柔性铰链的上端通过螺钉和圆柱销与所述装置外壳联接，所述装置外壳下端通过螺纹与保护圆环的外圈连接，所述保护圆环的内圈安装有O形圈，所述O形圈与所述环状柔性铰链密封接触。
4.根据权利要求1所述的压电式微孔振动钻削装置，其特征是：所述装置外壳的中部对称开有两个孔，从而使所述压电促动器的导线通过其中一个孔与所述能量无线传输机构相联接。
5.根据权利要求1所述的压电式微孔振动钻削装置，其特征是：所述环状柔性铰链为双排铰链，双排之间放置有两个支撑半圆盘，所述环状柔性铰链和支撑半圆盘通过螺钉和圆柱销联接。
6.根据权利要求1所述的压电式微孔振动钻削装置，其特征是：所述环状柔性铰链的截面可采用单边圆弧形或倒圆角直梁形结构；所述环状柔性铰链在铰链部分的圆周方向开出一些均匀分布的通孔或通槽。
7.根据权利要求1所述的压电式微孔振动钻削装置，其特征是：所述压电促动器采用叠堆式压电陶瓷结构，工作在非谐振情况下且使用开环控制。
8.根据权利要求1所述的压电式微孔振动钻削装置，其特征是：所述压电促动器可以根据需要加载单频或多频的电压信号，实现单一中低频振动或中低频复合振动，振幅0-150μm无极调节，频率范围0-2KHz。
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